Den nya biologin

Philip Ball (2023) How Life Works. A User’s Guide to the New Biology.

När James Watson och Francis Crick år 1953 (med hjälp av Rosalind Franklins röntgenbilder) visade att DNA-molekylen var en dubbel spiral fick genetiken huvudrollen i biologin. Fram växte en idé om DNA som kroppens ritning eller program, om DNA som det arv som bestämde kroppens egenskaper. När Richard Dawkins i mitten av 1970-talet beskrev oss som ”överlevnadsmaskiner för våra gener” gav han uttryck för denna uppfattning om DNA som ritningen enligt vilken kroppen utformades. DNA bygger sig en kropp för att överleva så länge att DNA kan föras vidare till en annan kropp och leva vidare. Det är denna uppfattning som Philip Ball vill göra upp med i sin bok How Life Works (2023) och han kallar det alternativ har ser växa fram ”den nya biologin”.

Philip Ball är en mycket framgångsrik fackboksförfattare, från början utbildad kemist och fysiker, sedan mångårig redaktör på tidskriften Nature. Hans How Life Works är tjock och detaljrik, men jag tar mig igenom den och lär mig mer om ”den nya biologin” och om cellens otroliga komplexitet. Jag håller utkik efter Philip Ball och hittar honom i tidskriften Aeon där han finns med flera essäer, bland annat om den nya biologin. I en essä går han till attack mot Erik Drexlers idéer om nanoteknik och passar på att ge en känga till Ray Kurzweil och andra som överdriver vad artificiell intelligens kan innebära. Det är roligt och avväpnande, inte minst det han skriver om Nick Boström och hans superintelligenta maskiner, som inte är intelligenta nog att förstå att vi inte vill förvandlas till gem.

Ball börjar sin bok med en mer filosofisk översikt över hur livet fungerar. När Descartes i början av 1600-talet lägger grunden till den moderna filosofin gör han det genom att beskriva kroppen som maskin. Det sägs att han inspirerades av alla de leksaksmaskiner som förmöget folk roade sig med vid den tiden. Kroppen är ingen maskin, säger Ball, och absolut inte någon dator, även om livsprocesserna är en sorts beräkningar. Att kroppen inte är någon maskin beror inte på att vitalismen är sann, utan på att livet är molekylärt och att molekyler inte är som maskiner. Molekylernas värld är fylld av brus, tillfälligheter och fluktuationer. Livet är hierarkiskt, celler består av organeller som består av proteiner och andra molekyler. Cellerna bildar organ som blir en kropp. Varje nivå har sina egna lagar och principer. Ingen nivå är primär. En livskraft förklarar ingenting, men vi måste ändå försöka säga vad som utmärker det levande.

Människor har undrat vad som skiljer det levande från det som är dött. Är det en särskild livskraft? Eller är det en särskild substans, protoplasma? Är det elektricitet eller finns livet bara i det sätt materien har organiserats? Vi använder metaforer för att förstå livet och risken finns att vi tror att metaforerna förklarar någonting. Ball tror inte att vi kan förstå hur livet fungerar genom att jämföra det med någon artefakt, en maskin, robot eller dator. Livet är så svårt att förstå just för att det inte är en maskin eller dator. Problemet är att den jämförelsen leder till funktionalism, att den levande kroppen består av delar med funktioner. I själva verket är detta inte ens sant om maskiner. När vi förstår bättre hur det levande fungerar kan vi bygga helt nya sorters maskiner.

Så vad är då livet? Vågar vi ens ställa en sådan fråga? Ball har inget färdigt svar men menar att livet kännetecknas av mål och mening, att livet utmärks av att det har en poäng. Ball menar att om vi vill definiera livet så är det den sortens begrepp vi ska använda. Den moderna vetenskapen värjer sig mot dessa begrepp och kan därför inte förklara vad liv egentligen är. En anledning till varför levande kroppar inte är maskiner är att de har mening. Liv är inte beräkning av samma skäl – beräkning ger inte mening. Ball är mycket osäker på dessa idéer och håller med om att det kanske snarare är kognitiva varelser som har mening, men kanske allt levande är kognitivt? Livet kan ge upphov till mening eftersom det har utvecklats genom det naturliga urvalet. Evolutionen har själv ingen mening, inget ändamål, men den leder till varelser med mening, varelser med mål och målinriktning. Evolutionen ger materia mål och mening. Det är mål och mening som skiljer det levande från död materia. Universum saknar mening, men livet gör att mening finns.

Det är inte konstigt att Ball i en bok om hur livet fungerar vill fråga vad det innebär att vara levande. Kanske är frågan för tidigt väckt, kanske behöver vi mer kunskap om det levande innan vi kan säga vad det är för särskilt med det? Filosofer ägnar sig åt sådana för tidigt väckta frågor. Den evolutionära teorin om mening är central i Daniel Dennetts filosofi. Med sitt begrepp ”intentionala system” försökte han fånga de tankar Ball trevar efter. Organismer är intentionala, målinriktade system. De har syften, intentionalitet, tilldelar mening. Redan i hans första bok Content and Consciousness (1969) definieras mening som ändamålsenlig funktion, ett resultat av evolutionen. Det var långt innan biologin blev ”ny”. Dennetts diskussion är mer klargörande än Balls, särskilt i hans senare bok Darwins Dangerous Idea (1995).

Descartes maskiner var tämligen enkla, men den viktigaste lärdomen av Balls bok är kanske att livets komplexitet är häpnadsväckande. Det går att leva livet utan att få syn på denna komplexitet – de flesta gör kanske det – men när man väl upptäckt den förändras man. Man vill veta mer, man sugs in och börjar drömma om ett liv som cellforskare. Och man förundras, som Philip Ball, av att livet fungerar. En människa består av ungefär 37 biljoner (37 000 miljarder) celler och varje cell är otroligt komplex med mängder av olika intrikata strukturer och processer. Cellerna bildar organ med olika funktioner och alltihop blir en människa som lever och andas, springer och jobbar, samlar erfarenheter och minnen, älskar och dör. Det är en fullkomligt otrolig historia.

Efter den filosofiska inledningen berättar Ball historien om livet i en serie kapitel som handlar om DNA, RNA, proteiner, nätverk, celler, vävnader, och kroppar, med tre avslutande kapitel om agens, ny medicin och syntetisk biologi. Ett huvudargument i boken är att DNA och gener fungerar som resurser, en ”verktygslåda” för cellen, snarare än som en uppsättning instruktioner. Detta systemtänkande betonar hur beteende uppstår ur den dynamiska interaktionen mellan genomet och miljön. Det flyttar fokus från att fråga ”vad gör ett protein” till att förstå dess funktion inom olika cellulära sammanhang.

I moderna läroböcker beskrivs våra gener som segment av DNA i våra kromosomer vilka kodar för proteiner. DNA är ritningen enligt vilken kroppen byggs. Det är inte fel, säger Ball, men det är mycket missvisande. Det är inte bara det att detaljerna är mer komplicerade utan att hela beskrivningen är missvisande. Särskilt nu när generna har blivit så viktiga, med gensaxar, kloning och gentester, är det viktigt att vi förstår vad gener är och vilken roll de har. I företagsvärlden säger vi nuförtiden att ”det ligger i vårt DNA” och ger våra gener en central roll. I själva verket är generna komponenter i mycket komplex processer. Watson påstod att det var generna som gjorde oss till människor, men det är inte sant.

Ball sammanfattar genetikens historia från Darwin och framåt. Han redogör för Mendels experiment och för hur de kan ge en förenklad bild av hur generna fungerar. Han berättar om de matematiska modellerna av hur gener sprids i populationer i kampen för överlevnad. I mikroskop kunde man se kromosomerna och idén dök upp att generna kanske fanns där. I den ”moderna syntesen” förenades Darwins evolutionsteori med den moderna genetiken, men det var inte mycket till förening, enligt Ball. Generna har en viktig roll i evolutionen för de är det enda som förs över från en generation till nästa, men urvalet opererar på organismen och genetiken var inte intresserad av den. Generna själva är inte levande. Endast genom att se hela organismen kan du få veta hur livet fungerar. Ball är därför mycket kritisk till Richard Dawkins beskrivning av generna i The Selfish Gene (1976). När Dawkins ger den själviska genen huvudrollen i evolutionen, och beskriver kroppen som överlevnadsmaskiner för våra gener, gör han det omöjligt att förklara hur livet fungerar. Ball ägnar mycket utrymme åt att diskutera Dawkins bok och menar att Dawkins skriver om genen som evolutionär enhet, men om man ska svara på frågan om hur livet fungerar så måste man förstå den roll genen har i utvecklingen av kroppen.

Den genetiska koden består av DNA. DNA-molekylen är en dubbel spiral, lika lång som en människa, men i cellen ligger den hoppackad till oigenkännlighet i kromatin i cellkärnan som är sex mikrometer i diameter. Crick beskrev, i det han kallade den ”centrala dogmen” i biologin, hur DNA översattes till RNA som sedan resulterar i proteiner. När genomet beskrivs som ritning för kroppen är det denna dogm man bygger på. Tyvärr visade sig verkligheten vara mycket mer komplex – så komplex att dogmen blir helt missvisande. Bara 2 procent av genomet kodar för proteiner, så vad gör resten? I början kallade man det för ”skräp-DNA”, men ganska snart insåg man att detta DNA hade viktiga reglerande funktioner i proteinsyntesen. Det visade sig att en och samma gen har många roller beroende på aktiviteten i detta icke-kodande DNA. De flesta av våra egenskaper har sin grund i många gener, ibland flera tusen, så kanske borde vi inte prata om att gener ärvs utan om att detta gäller hela genomet.

Hur kan enäggstvillingar bli olika? De har ju samma gener. Det är inte underligare än att det är samma gener i alla våra olika organ. Generna är en resurs som måste aktiveras och det sker i två steg: transkription från DNA till RNA och sedan translation från RNA till proteiner. Generna anger gränserna för vad som är möjligt, men vilka gener som aktiveras och hur anger vad som blir resultatet. Ball ägnar två kapitel åt att beskriva dessa mycket komplexa processer. Det finns flera skäl till att cellen går omvägen via RNA när den ska omvandla DNA till proteiner. Mycket av vårt DNA ska inte bli proteiner utan ger ett RNA med helt andra funktioner. Genom att ske i två steg blir processen möjlig att finslipa. Dessutom kanske livet en gång uppstod med RNA och den mer stabila molekylen DNA uppkom senare i evolutionen.

Barbara McClintock visade att genomet inte var en passiv ritning. Genomet var aktivt och innehöll gener som hoppade från ett ställe till ett annat i kromosomen. Dessa gener trodde McClintock reglerade vilka gener som transkriberades till RNA, men det har visat sig mer komplext än så. Vissa proteiner står ibland för regleringen, men oftare sköts den av det RNA som inte kodar för proteiner. Bland detta regulativa RNA finns det som kallas mikroRNA, små molekyler med en viktig roll i regleringen av gener. MikroRNA reglerar funktionen hos stamceller och kan därför användas för att motverka cancer. Den roll som RNA spelar i regleringen av generna gör att många idag menar att RNA har en minst lika viktig roll som DNA i cellens processer..

90% av bakteriernas DNA kodar för proteiner, men i människor endast 2 %. Mycket av detta ”skräp-DNA” transkriberas till RNA och spelar en aktiv roll i cellens processer. RNA används till reglering av DNA och därigenom till epigenesen, där genen omvandlas till en organism med olika organ och egenskaper. Epigenesen styrs av RNA, men också av kemiska och andra omgivningsfaktorer. Att människor har blivit längre beror inte på genetiska förändringar utan på epigenetiska orsakade av bättre kost. Epigenetiska förändringar kan ärvas, men antagligen bara en generation eller två innan de försvinner, och de påverkar därför inte vår syn på evolutionen. Epigenetiken har ibland tagits till intäkt för en kritik av darwinismen, men Ball ger inte mycket för den kritiken. Epigenetiken lär oss att vi inte behöver vänta på evolutionen, att vi inte är programmerade av våra gener utan flexibla och snabbt anpassbara till en växlande omgivning.

Protein är grekiska och betyder ”först”. Namnet fick proteinerna av Jöns Jacob Berzelius på 1830-talet. Det finns uppemot 100 000 (!) olika proteiner i våra celler och tillsammans med de två syrorna DNA och RNA är de avgörande för allt som lever. Många av proteinerna är enzymer vilka fungerar som katalysatorer i de kemiska reaktionerna i kroppen. Proteinerna är polypeptider, kedjor av aminosyror, som veckas och bildar klumpar. Det finns tjugo naturliga aminosyror. Proteinerna tillverkas av ribosomerna enligt specifikation av RNA som anger vilka aminosyror, oftast ca 300 stycken, som ska ingå i vilken ordning. När proteinerna bildats, veckar de sig och veckningen avgör vilken roll de får i cellen. Mycket forskning har ägnats proteiners veckning ända tills AI-programmet AlphaFold år 2021 med maskininlärning på basis av kända veckningar kunde räkna ut veckningen på 200 miljoner (!) olika proteiner. Mediciner fungerar ofta genom att binda till, och därigenom oskadliggöra, enzym som har en roll i sjukdomen. Genom att veta hur proteiner veckar sig hoppas man få idéer till nya mediciner.

Den centrala dogmen som formulerades av Crick säger att DNA omvandlas till RNA som omvandlas till protein, men det har visat sig att ett och samma DNA kan ge många olika proteiner. Ball beskriver några olika processer för hur detta går till. I genomsnitt ger en gen upphov till 6 olika proteiner, men somliga gener kan ge så många som 80 olika proteiner och kanske ännu fler. På detta sätt kan 20 000 av våra gener ge oss mellan 80 000 och 400 000 olika proteiner. Siffran är så obestämd för att vi helt enkelt inte vet, men en sak vet vi och det är att mycket händer på vägen mellan gen och protein. Våra gener är resurser som cellen använder när den tillverkar proteiner i en mycket komplex process.

Vetenskapliga resultat ligger till grund för mycket teknik, men tekniken ligger också till grund för mycket vetenskap. Det vi vet om världen är det vi har teknik till att studera. Teleskop möjliggjorde Galileis och Keplers teorier om solsystemet. Mikroskopet fick oss att upptäcka cellen. Studiet av proteiner blev möjliga med röntgenkristallografen men begränsas till de proteiner som kan fås att bilda kristaller. Med AI kan vi nu utvidga vårt vetande om proteinerna, men vi begränsas av våra metoder att studera dem. Proteinernas struktur bestämmer deras funktion, men hälften av våra proteiner bildar inte kristaller och därför känner vi inte deras struktur. AlphaFold kan bara gissa hur de veckar sig. Många av dessa proteiner verkar inte ha någon bestämd struktur. De är inte välordnade. Somliga kan omvandlas och byta struktur och en del av dessa varianter gör oss sjuka. Galna ko-sjukan beror på sådana proteiner och den sjukan kan spridas genom att de sjuka proteinerna sprids och påverkar friska proteiner att byta struktur. Sådana oordnade proteiner verkar vara involverade i Parkinson och andra degenerativa sjukdomar.

Proteinerna är sammansatta av moduler och oordnade proteiner kan ha moduler som är ordnade. Varje modul kan då ha en funktion och ett och samma protein kan ha många funktioner. Modulerna kan vara ett sätt för evolutionen att återanvända väl fungerande proteiner och också förklara hur evolutionen verkar. Med oordnade proteiner, sammansatta av väl fungerande moduler, skapas utrymme för nya lösningar. Många av våra proteiner fungerar inte själva som enzymer i cellens processer utan snarare som stöd för möjligheten att pröva nya lösningar. Men hur är detta möjligt i den miljard proteinmolekyler som en cell typiskt innehåller? Särskilda proteiner har till uppgift att samla de proteiner som behöver interagera. Fram växer en mer kaotisk bild av cellen än den vi fick i den centrala dogmen. En och samma gen, ett och samma protein, har olika funktioner beroende på vad som händer i cellen.

Vi vet nu att den biologiska dogmen ger en mycket förenklad bild av hur livet fungerar och att vi bara börjat förstå de stora dragen i denna mycket komplexa process. Gener bestämmer inte egenskaper på något direkt sätt och genernas aktivitet regleras inte av andra gener på något enkelt sätt. Regleringen av våra gener är mycket mer  komplex och enzymer spelar en viktig roll genom att påverka vilka gener som aktiveras. Många gener samverkar men hur de gör detta är inte lätt att begripa, hoppackade som de är i cellkärnan. Molekyler måste komma i kontakt med varandra för att påverkan ska ske, men mycket forskning behövs innan vi begriper hur detta sker. Cellens organeller beskrivs i den gamla biologin gärna som fabriker där energi produceras i mitokondrierna och proteiner i ribosomerna för att sedan vidareförädlas i golgiapparaten. I själva verket är cellen mycket mer komplex och flytande, inte alls maskinlik, och dess processer snarare ett kommittéarbete med majoritetsbeslut av de molekyler som råkar vara närvarande vid förhandlingen.

Gener är digitala och i bakterier bestämmer de funktionen, men vi är multicellulära organismer och mer komplexa. Vi är mer komplexa än bakterierna, men det beror inte på att vi fått fler gener utan på att regleringen av generna har blivit mer komplex. Våra celler är nätverk av proteiner och biologin mer kaotisk, mindre beroende av att detaljerna blir rätt, mer robust, mer tålig för påfrestningar och därför också möjlig att utveckla. Med så mycket detaljer i cellens komplexa processer ligger det kanske nära till hands att tro att detaljerna måste bli rätt, men cellen är mer av bricoleur än ingenjör, bra på att åstadkomma resultat oberoende av detaljerna, bra på att kompensera för brister. Cellen är ingen maskin. Ball ger många exempel på processer i cellen som har denna karaktär.

Evolutionen har gett våra organ funktioner, ungefär som vi ger våra artefakter funktioner. Typiskt för en funktion är att den kan implementeras på olika sätt. En beskrivning av funktionen är inte en beskrivning av implementationen. En funktion kan utföras även om inte alla detaljer blir rätt. Funktionerna gör att vår biologi bäst förstås genom att urskilja nivåer. Daniel Dennetts filosofi vill förklara dessa begrepp. Redan i uppsatsen ”Intentional Systems” (1971) skiljer han mellan, vad han kallar, ”the physical stance”, ”the design stance” och ”the intentional stance”. Ball betonar förekomsten av nivåer i det levande, och att varje nivå har sina orsakssamband, men hans position hade blivit tydligare om han knutit nivåerna till kroppens funktioner och till evolutionen. Då hade han också kunnat utveckla en teori om det levande med evolutionen som grund.

Vår särställning som människor ligger inte i våra gener. Metaforen ”det ligger i vårt DNA” är mycket missvisande. Vi delar 98,8 procent av vårt DNA med schimpanserna, men skillnaden mellan oss och de andra stora aporna syns inte på denna nivå. Det vore som att påstå att vår kemiska sammansättning liknar de andra aporna. Det är sant, men det säger väldigt lite. Det är regleringen av våra gener, i vilken ordning och när de blir aktiva, som är avgörande, inte att vi har en viss uppsättning gener. Våra cellers nätverk av proteiner och de processer de medverkar i beskriver oss bättre än våra gener.

Celler beskrivs ofta som fabriker men, säger Ball, när man tittar närmare liknar de mer en överfull nattklubb. Det är trångt, kaotiskt och svårt att föreställa sig att det alls går att röra sig i cellen, än mindre hitta sin partner. Celler är olika, med olika uppgifter, ungefär som de anställda i ett företag. När en organism utvecklas från det befruktade ägget och cellerna delas i epigenesen växer cellerna till en organism med olika organ. I slutet av 1600-talet trodde man att spermien innehöll en miniatyr av den vuxna människan, en homunculus. När man tror att våra gener bestämmer hur vi blir är det en version av en sådan preformationsteori man förfäktar. Alternativet är epigenes, dvs att fostret bildas genom att celler blir olika och organ bildas. Mycket forskning återstår innan vi helt och fullt förstår epigenesen.

När celler delar sig och utvecklas i epigenesen reagerar de på sin omgivning. Ball använder Conrad Waddingtons metafor med en kula som rullar nedför en bergssluttning. Vilken väg kulan väljer i början påverkar alternativen senare. Han beskriver hur komplex processen är och hävdar att den är en sorts tankeprocess. Han hänvisar till en artikel av Michael Levin och Daniel Dennett, ”Cognition all the way down,” som beskriver cellerna som målinriktade agenter. Våra celler är kognitiva, säger Ball. Alla celler liknar nervceller. De integrerar information från omgivningen med lagrade minnen. Ball tror att livet bäst förstås som kognition, inte som metabolism eller replikation. De senare processerna är nödvändiga för livet, men de definierar inte livet. Dennett skulle säga att cellerna är intentionala system.

Ball beskriver fostrets utveckling. Om embryot inte följer en ritning när individen formas, hur vet cellerna vad de ska bli? De kommunicerar med cellerna runtomkring, kemiskt, mekaniskt och elektriskt. De flesta celler, inte bara nervceller, kommunicerar genom att sända elektriska signaler till varandra. Under epigenesen kan förändringar i sådana signaler leda till helt andra resultat. Epigenesen är målinriktad men målet finns inte i genomet utan i nätverket av inblandade celler. Celler är inte programmerade att utvecklas på ett visst sätt utan utvecklingen bestäms av interaktionen med andra celler. Det gör att resultatet inte är entydigt. Det finns inget rätt eller fel. Livet är en process. Livet utvecklas.

När kroppen bildas i epigenesen utvecklas cellerna till olika organ. Vilket organ en viss cell ska bli beror på var i kroppen den befinner sig och det kan den få reda på genom att mäta hur mycket av ett visst protein som finns i dess omgivning. Ungefär som man avgör på lukten hur långt man är från köket, säger Ball och berättar fascinerande om hur forskningen om morfogenesen ökat vår förståelse av hur flercelliga organismer får sin form och struktur. Ingen mindre än Alan Turing gav väsentliga bidrag till förståelsen av hur embryots runda, symmetriska form kan förvandlas till en organism. Turing förklarade hur mönster bildas, något som förklarar hur zebran får sina ränder, insekter sina segment och vi våra fingrar.

I de sista kapitlen lyfter Ball blicken och återvänder till frågan om livet som agens. Men först diskuterar han Schrödingers klassiker What is Life? (1944) som frågar hur mutationer kan resultera i så stora förändringar i organismen. Schrödingers förklaring är idén om genomet som ritning för organismen, men Ball hänvisar istället, som vi har sett, till det komplexa samspelet mellan organismens olika nivåer. Enligt termodynamikens andra lag ökar entropin hela tiden, dvs. alla skillnader i energi utjämnas och universum går mot värmedöden. Ordningen kan öka lokalt om entropin samtidigt ökar i omgivningen. Livet är ett exempel på detta. Liv kräver energi. Redan Maxwell spekulerade över hur livet bar sig åt när det arbetade mot termodynamiken. Ball diskuterar Jeremy Englands teorier om dissipativa strukturer och menar att livets uppkomst kanske har sin grund i sådana strukturer, att biologin därför bygger vidare på fysiken och kemin. Sådana strukturer är anpassade till omgivningen och Darwins teori bara ett specialfall. Materiens termodynamiska egenskaper gör det mycket troligt att liv uppkommer bara det finns energi. Detta är naturligtvis tankar om ”dissipativa strukturer långt från jämvikt” som för länge sedan formulerades av Ilya Prigogine.

Livet är komplicerat, med många nivåer – gener, proteiner, nätverk, celler, vävnader och organ – där detaljerna i det som händer på en nivå inte behöver bli helt rätt för att resultatet på nivån ovanför ska bli det. Livet är förvånansvärt ändamålsenligt och biologin måste göra reda för begrepp som information, mening och ändamål. Att veta hur livet fungerar är att veta vad det försöker åstadkomma. Livet är inte ett system i jämvikt med sin omgivning, det är det ordnade resultatet av inlärning genom evolution. Livet är avgränsat från sin omgivning, det handlar för sin egen skull och det har skäl för sitt handlande. Ball hänvisar till Daniel Dennett och han borde använt Dennetts teori om intentionala system för att tala om vad som utmärker livet.

I ett kapitel skriver Ball om medicinens utveckling. Förväntningarna var stora att kartläggningen av människans gener i HUGO-projektet skulle leda till medicinska genombrott. Men bara några få sjukdomar har kunnat knytas till enstaka gener. Många sjukdomar beror på många gener i samspel och i bästa fall ger kunskap om generna sannolikheter för att få vissa sjukdomar. Många sjukdomar beror på egenskaper hos organ, vävnader och system, och kan inte knytas till gener. Inte ens det vi kallar genetiska sjukdomar är alltid genetiska utan beror på många faktorer, inte minst hormoner. Det gäller också könsmognaden hos människor. Även om fostret har en X- och en Y-kromosom behöver det inte utvecklas till man. Att säga att könet är biologiskt är därför mer komplext än man kanske först tror. Att fostret har vissa gener är bara början på en komplex resa.

Ett och samma sjukdomssymptom kan ha många bakomliggande orsaker. Vi mår dåligt på ett litet antal sätt, av många olika orsaker. Därför kan det vara så svårt att ställa diagnos. När vi med mediciner angriper en sjukdom kan vi göra det på många nivåer. Ett och samma läkemedel kan därför bota många olika sjukdomar. Godkända läkemedel testas därför ofta på helt andra sjukdomar. Cancer är väl den sjukdom vi fruktar mest. För Ball är den en sjukdom som bekräftar den nya biologin och dess betonande av kroppens komplexitet. Förvisso har man hittat många gener, typiskt sådana som reglerar andra gener, som ger oss cancer, men att tro att sjukdomens orsaker med detta har identifierats är ett missförstånd. Trafikstockningar kan inte förklaras genom hänvisning till hur bilmotorn fungerar. Cancer är det pris vi betalar för att vi är multicellulära varelser. Cancer är i stor utsträckning en naturlig funktion hos våra celler.

Årets nobelpris i medicin belönade forskning om vårt immunförsvar. Det systemet är minst lika komplext som vår hjärna, enligt immunförsvarsforskare. Immunförsvarets uppgift är att skydda oss mot främmande, skadliga ämnen utan att angripa den egna kroppen. Immunförsvaret består av två delar, ett medfött och ett adaptivt. Det medfödda systemet är äldre och finns även hos växter. Det reagerar omedelbart när skadliga ämnen invaderar vår kropp. Det adaptiva systemet består av B-celler och T-celler. Det är långsammare men kan genom inlärning reagera på hot det aldrig tidigare stött på. När immunförsvaret överreagerar kan det göra mer skada än nytta, som i autoimmuna sjukdomar. Immunförsvaret liknar hjärnan: det är målinriktat, lär sig, är innovativt och improviserar. Och, som sagt, det är otroligt komplext.

Bokens sista kapitel beskriver det nya område som ofta kallas ”syntetisk biologi”. Evolutionen har gett oss en otrolig rikedom av arter, men ändå är naturligtvis möjligheterna ofantligt mycket större. Vilka varelser borde vi inte kunna skapa när vår kunskap om det levande växer? Ball beskriver hur idéerna om en ingenjörskonst för det levande växte fram under förra århundradet. Gentekniken tog fart på 1970-talet när forskare utvecklade metoder för att byta ut och förändra genom. Det har blivit en viktig metod för tillverkning av många läkemedel med hjälp av genetiskt modifierade bakterier. Gentekniken har på senare tid gjort stora framsteg genom CRISPR-Cas9 och liknande tekniker.

Den syntetiska biologin har främst ägnat sig åt att omprogrammera gener hos bakterier (och i några fall jästsvampar) för nya uppgifter, men tanken är att lärdomarna ska kunna överföras till att skapa även mer komplexa, multicellulära levande system. Då skulle vi kunna omprogrammera celler till att växa till strukturer som inte finns i naturen. Vissa forskare tror till och med att denna kunskap så småningom skulle kunna leda till att regenerera mänskliga lemmar och organ, eller skapa nya livsformer. Man brukar citera Richard Feynman: ”What I cannot create, I cannot understand.” Ball framhåller att den nya biologins förståelse av det levande gör detta svårare än man kanske tror. Vår kropp är inte en mekanisk klocka med exakta kugghjul, utan snarare ett bullrigt, energieffektivt system där delar används i flera sammanhang. Epigenesen är en komplex process där cellernas omgivning spelar en viktig roll och det inte räcker att omprogrammera gener för att nå resultat.

Med stamceller kan man idag skapa organoider, artificiella kluster av celler som påminner om mänskliga organ. Organoiderna lär oss att våra organ bara är en möjlig form bland många. Den här forskningen reser många etiska frågor. Sådana frågor aktualiseras också av forskning där man utvecklar chimärer, organismer med celler med olika genuppsättningar. Till exempel försöker man idag se om mänskliga organ, gjorda av stamceller, kan fås att växa i grisar eller kor. På detta sätt skulle man kunna lösa leveransproblemen inom transplantationskirurgin. Chimärisk biologi visar oss svagheterna i den centrala dogmen. Celler är aktiva och autonoma. De kan fungera ihop med celler med andra genom.

Nu gör man robotar som rör sig med hjälp av levande muskelceller. En robotmanet med råtthjärtceller som sitter fast på silikonpolymer kan simma ungefär som levande maneter. Cellerna stimuleras av ett elektriskt fält och drar ihop sig som de gör i ett råtthjärta. Tufts-forskaren Michael Levin bygger robotar som bara består av levande celler och han tror att vi med celler kan bygga i stort sett vad vi vill. Den syntetiska biologin har precis börjat sin utveckling och det är nästan så att man inte vågar tänka på allt som den kan åstadkomma.

Jag bad Gemini om en sammanfattning av boken och fick följande: ”Philip Ball utforskar en betydande omvandling inom biologin, som går bortom traditionella uppfattningar om hur livet fungerar. Boken utmanar etablerade idéer som att genomet är en strikt ritning, att gener fungerar som exakta instruktioner, att proteiner är perfekt skräddarsydda maskiner och att celler har fasta identiteter, och avslöjar att dessa koncept är ofullständiga eller vilseledande, och visar på en ny syn på biologi där livet ses som ett komplext system som fungerar på flera sammankopplade nivåer, inklusive gener, proteiner, celler, vävnader och kroppssystem som immun- och nervsystemen. Varje nivå har sina egna regler och principer, och boken förklarar hur dessa nivåer interagerar och arbetar tillsammans.”

Det är en beskrivning som lyfter den viktigaste poängen i boken, men den säger ingenting om det som också är viktigt för Ball, nämligen livets intentionala karaktär, livet som agent med syften, mål och mening. Människokroppen innehåller 37 biljoner celler och i varje cell pågår 1 miljard kemiska reaktioner varje sekund. Vi behöver artificiell intelligens för att bedriva studier av denna komplexa verklighet. Namir Kaliq ger i uppsatsen ”From cryonics to aging: How AI is transforming human health” exempel på fyra företag som bedriver bioteknisk forskning med hjälp av AI. Ball diskuterar vad AI-forskningen kan bidra med, men jag tror han underskattar dess roll i den nya biologins utveckling.

Ball kallar sin bok ”en bruksanvisning för hur livet fungerar” och ägnar större delen av boken till att på ett mästerligt sätt gå igenom kunskapsläget om cellens processer, kroppens vävnader, system och organ. När han ska svara på frågan vad det är som gör oss levande hänvisar han till begrepp som målinriktning, ändamål, mening och intentionalitet, som han menar har sin grund i evolutionen. Vi har blivit målinriktade eftersom endast målinriktade varelser överlever. Han använder sig av Daniel Dennetts idéer, men jag tror att han hade vunnit på att gräva djupare i Dennetts filosofi och hans teorier om intentionala system. Dennett jämför evolutionen med vår ingenjörskonst. När vi tillverkar verktyg eller maskiner ger vi dem funktioner. På liknande sätt ger evolutionen funktioner till levande organismer.

Jag tror att Ball har rätt i att evolutionen gjort livet är både komplext och målinriktat. Men när vi säger att något är levande menar vi väl ytterligare något. Det finns en kraft i det som lever. Henri Bergson kallade den ”élan vital” och knöt den till evolutionen. Det levande växer, är aktivt, på ett annat sätt än död materia. Det levande vill överleva, föröka sig och är nyfiket. Det är nyfikenheten som driver människor att uppfylla jorden, att resa till månen. Livet handlar om att överleva, föröka sig och nyfiket söka det okända. Att leva i enlighet med det som utmärker livet innebär att leva så. Jag lever, alltså förökar jag mig, går på upptäcktsfärd, söker kunskap, skriver romaner, utvecklar teknik, grundar företag.

Bo Dahlbom