Energien bød sig til – og der blev liv
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Energien bød sig til – og der blev liv

Foto: Nanna Skytte

At liv kræver tilførsel af energi er uomtvisteligt. Men er energi mere end blot en betingelse for liv – giver det også liv?

Det spørgsmål rejser den kun 35-årige fysiker Jeremy England fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston, USA, som i løbet af få år er blevet kendt for sin forskning i livets oprindelse og evolution ud fra termodynamiske begreber.

Hvis hans forskning kan understøttes yderligere, kan vi stå over for en helt ny forståelse af livets oprindelse – et mysterium, som nogle har søgt at forklare biologisk, andre religiøst og som også optager forfattere. Det er f.eks. det videnskabelige omdrejningspunkt i Dan Browns seneste bog 'Oprindelse', som har ligget højt på bestsellerlisten de seneste måneder.

Hvad angår de naturvidenskabelige forklaringsforsøg, så er sagen, at biologi og evolutionsteori med stor succes kan forklare livets mangfoldighed og udvikling. Det opsummeres elegant i udsagnet »intet i biologien giver mening undtagen i lyset af evolution« – fremsat af genetikeren Theodosius Dobzhansky i 1973.

Jeremy England er født 1982 og uddannet i biokemi og fysik ved universiteterne Harvard og Stanford i USA og Oxford i England. Ansat ved Massachusetts Institute of Technology siden 2011, hvor han leder en forskningsgruppe, der studerer, hvordan ting kan blive og forblive livagtige. Foto: Youtube / Jew In the City

Men når det handler om det allerførste liv, så er biologien på gyngende grund. Opstod det første liv på Jorden ved et lykketræf under maksimalt optimale betingelser, eller var det uundgåeligt?

Det er ikke kun interessant at vide for at forstå livet på Jorden; det har også betydning for muligheden for at finde livsformer andre steder i universet.

Charles Darwin pegede på, at livet kunne være opstået i en lille varm vandpyt. Nyere forskning kan tages til støtte for den opfattelse, så Darwin havde måske også her fat i noget af det rigtige.

Vandpyt-teorien konkurrerer med en teori om, at de livsnødvendige molekyler opstod ved hydro­termiske kanaler i havene, hvor varme gasser og mineraler strømmer ud i havet.

Men måske er sådanne biokemiske forklaringer slet ikke de fundamentale, og årsagerne til livets oprindelse skal findes i de helt grundlæggende fysiske love. Og netop her kommer Jeremy England på banen, og han har fået ganske stor opmærksomhed.

Han har offentliggjort en lang række videnskabelige artikler i anerkendte tidsskrifter og har præsenteret sin forskning på førende universiteter og forskningsinstitutioner verden over.

Da han desuden gerne stiller op i tv-interviews og talkshows, har han opnået en næsten kultagtig status. Han er blevet kaldt 'den næste Darwin', og føromtalte Dan Brown-roman har ikke blot Jeremy Englands forskningsområde som tema – England selv optræder meget mod sin vilje som en karakter i bogen.

Der er i øvrigt en overraskende krølle på den historie, som vi vender tilbage til senere. Men lad os først se nærmere på Jeremy Englands forskning og dens betydning for en forståelse af livets oprindelse.

Varme giver tiden en retning

Jeremy England er ikke den første fysiker, der vil hjælpe biologerne med at finde en forklaring på livets oprindelse (se boksen 'Livets fysik' længere nede), og han er næppe heller den sidste.

Det første og største problem, man støder ind i, når man vil en finde en fysisk forklaring på liv, er, at fysikkens helt fundamentale love alle er tidssymmetriske.

Hør interviewet med Jens Ramskov i podcasten Transformator Special:

En bold, der sparkes op i luften, vil stige til en bestemt højde, og en bold, der slippes fra samme højde, vil falde til jorden. Ser man en film af en bold, der falder nedad, er det umuligt at afgøre, om vi ser en film af en bold sluppet fra en højde, eller en film spillet baglæns af en bold, der er sparket i vejret.

Men en lang række hverdagsfænomener er ikke tidssymmetriske. Vi fødes, vokser og ældes, og med hjælp af energien fra Solens lys vokser planter ved at optage CO2 fra atmosfæren og frigive varme og oxygen.

Vi ser aldrig den omvendte proces, hvor planter vokser baglæns.

Det har længe været er­kendt, at termodynamikken er nøglen til at forklare, at en række processer har en foretrukket tidsretning. Ser vi eksempelvis en film, hvor kaffe og mælk bliver adskilt i en kaffekop under omrøring, så er vi ikke i tvivl om, at der er tale om en film vist baglæns, for i den virkelige verden opstår orden ikke, når tiden går. Det gør derimod uorden, hvor alle forskelle jævnes ud – i termodynamikkens terminologi øges entropien.

Hvis man begynder med et tilfældigt udvalg af atomer og lyser på dem gennem lang tid, skal man ikke blive overrasket over at få en plante.Jeremy England, fysiker, MIT

Når planter vokser, tilføres energi til systemet, som til gengæld afgiver varme. Sammenhængen mellem varmeproduktion og tidens retning har været kendt i mange år, men det var først, da den engelske kemiker Gavin Crooks og den amerikanske kemiker Christopher Jarzynski for næsten 20 år siden fik sat entropiproduktion og irreversibilitet på et mere stringent matematisk grundlag, at der kom et gennembrud.

Uden at gå helt i detaljer med Jarzynkis arbejde er det ud fra et snævert dansk synspunkt interessant, at han baserer sig på den såkaldte Jensens ulighed fra 1906 omkring integraler af konvekse funktioner, som skyldes den danske matematiker og telefoningeniør Johan Ludvig William Valdemar Jensen (1859-1925), som sikkert er helt ukendt for mange.

Med udgangspunkt i Crooks og Jarzynskis arbejde kan man indse, at afgivelse af varme er den pris, vi betaler for tidens retning, når man for eksempel ser på et system som en plante omgivet af det, fysikerne kalder 'et ideelt varmebad': Et stort system, der kan absorbere og afgive varme, uden at dets temperatur ændres – i denne sammenhæng atmosfæren i forhold til den enkelte plante.

Optimeret energihøst: Jeremy England og hans forskergruppe har udført denne computersimulering af et system af partikler, hvor de blå partikler er påvirket af en oscillerende kraft. Over tid (fra venstre til højre) dannes flere og flere bindinger mellem partiklerne, så systemet kan høste mere og mere energi fra kraftpåvirkningen. Foto: Jeremy England

Den belgiske kemiker Ilya Prigogine studerede allerede for cirka 50 år siden systemer langt fra termisk ligevægt drevet af eksterne energikilder. Jeremy England har nu blandet Prigogine op med Crooks og Jarzynski og taget skridtet videre og vist, at i et system, der tilføres energi, vil en række simple molekyler over tid danne forbindelser, der bedst muligt høster energien og afgiver varme.

Denne form for selvorganisering og vækst er ikke iagttaget tidligere, og den minder meget om det, som sker i levende organismer, så det kan være første skridt til noget, der minder om liv.

»Hvis man begynder med et tilfældigt udvalg af atomer og lyser på dem gennem lang tid, skal man ikke bliver overrasket over at få en plante,« har Jeremy England forklaret.

Det er dog vigtigt at understrege, at Jeremy England endnu ikke i sine analyser og eksperimenter har set noget, der reelt kan betegnes som liv.

Fiktion, virkelighed og tro

Hvorfor er solceller ikke levende? Både træer og solcellepaneler er termodynamiske systemer, der absorberer og omdanner Solens energi og afgiver varme til omgivelserne. Vi er ikke i tvivl om, hvilket system der er levende, selv om det ikke umiddelbart er let for en fysiker at forklare den fundamentale forskel. Foto: Nanna Skytte

Jeremy Englands forskning har som nævnt fået megen omtale og stor opmærksomhed både i forskerkredse og blandt lægfolk, men responsen har været noget blandet.

På den ene side står for eksempel kreationister i USA, der ikke er begejstrede for forskning, der indikerer, at livslignende systemer opstår naturligt og helt af sig selv. De har brugt en del krudt på at finde personer med akademisk uddannelse til at tilbagevise tanken.

Omvendt ses denne kommentar fra den amerikanske historiker Edward J. Larson ofte gentaget i artikler om Jeremy England, hvor han også kan ses betegnet som en af verdens mest lovende forskere: »Hvis han kan demonstrere, at teorien er sand, kan han være den næste Darwin.«

Interessen hos kemikere og Englands fagfæller blandt fysikere har været stor, men gennemslagskraften noget mindre. Hans ideer og studier er blevet beskrevet som interessante for forståelsen af statistisk mekanik og systemer langt fra termisk ligevægt, men også som meget spekulative, når det gælder deres betydning for biologi og livets oprindelse.

Det er måske årsagen til, at Jeremy England ikke ligger imponerende højt – vel næppe meget bedre end en gennemsnitsforsker fra et anerkendt universitet – når det gælder citationer, som er det foretrukne vurderingskriterium i forskerkredse. Men han er jo også ganske ung endnu, så det kan ændres med tiden.

Tankevækkende er det også, at biologer endnu ikke synes videre modtagelige for Jeremy Englands ideer.

Det skyldes vel til dels, at mange evolu­tionsbiologer ikke sætter pris på, at fysikere blander sig i deres felt. Det kom eksempelvis til udtryk, da en af det 20. århundredes førende evolutionsbiologer, tysk-amerikanske Ernst Mayr, i 2004 i anledning sin 100-årsfødselsdag udgav bogen 'What makes biology unique'. Heri argumenterer han for, at biologi er så kompliceret, at fysikkens meget generelle teorier ikke er til megen hjælp

Jeremy Englands forskning har dog været omtalt på et website, der drives af en anden førende evolutionsbiolog, Richard Dawkins – en markant ateist, der i Storbritannien er lige så kendt som Stephen Hawking.

Jeremy England og 'Jeremy England'

Fra et helt andet udgangspunkt er forfatteren Dan Brown en anden kendt religionskritiker, som i sine bøger ofte skildrer den katolske kirke i et lidet flatterende lys. Han foretrækker dog at kalde sig selv agnostiker frem for ateist.

Dan Brown har taget Jeremy Englands tanker til sig i så høj grad, at de spiller en central rolle i hans seneste roman 'Oprindelse'.

I bogen optræder ligefrem en professor fra MIT med navnet Jeremy England – uden at den rigtige Jeremy England var blevet gjort opmærksom på dette forhold eller havde været i kontakt med Dan Brown, inden romanens udgivelse. Desuden citerer Dan Brown ordret flere steder i sin roman virkelige udtalelser om den rigtige Jeremy England – hvilket kan synes noget underligt, når Dan Brown i forordet skriver, at alle personer er fiktive og enhver lighed med faktiske personer er tilfældig.

I bogen lader Dan Brown det fremgå, at hvis den fiktive Jeremy Englands teori er korrekt (og den er identisk med den virkelige Jeremy Englands teori), så vil den være dødsstødet for alle andre fortællinger om skabelsen, og alle former for religion vil være passé.

Det har fået den ægte Jeremy England helt op i det røde felt i en kommentar i Wall Street Journal. For nu kommer den lovede overraskende krølle på fortællingen om biofysikeren, der med strengt videnskabelige metoder søger efter forklaringen på livets opståen:

Han er, som også den fiktive person i Dan Browns roman, erklæret ortodoks jøde.

Som søn af en jødisk mor født kort efter Anden Verdenskrig i Polen af holocaustoverlevere og en far, der er ikke-praktiserende protestant, blev Jeremy England opdraget som jøde. Det var dog først under hans ophold som ph.d.-studerende ved Oxford University i England fra 2003 til 2005, at hans religiøse interesse for alvor blev vakt. Efterfølgende tog han til Israel for at studere hebræisk og læse Toraen.

Jeremy Englands forhold til religion og videnskab er i sig selv et interessant emne, som der kunne skrives meget om.

For hans videnskabelige tilgang er det interessant, at han læser Bibelen med udgangspunkt i østrigeren Ludwig Wittgensteins sprogfilosofi, hvor et ords mening er bestemt af den kontekst, det optræder i.

Det Gamle Testamente indledes med de velkendte ord:

»I Begyndelsen skabte Gud Himmelen og Jorden.«

Jeremy England har forklaret, at det hebræiske ord for skabelse først får en mening ud fra de følgende vers. I hans tolkning er skabelsen en proces, hvor der gives navne til ting og begreber, og verden er bestemt af den måde, vi taler om den på.

På samme måde som forskellige videnskabelige sprog som fysik og biologi ikke udelukker hinanden, men supplerer hinanden, gør religion og videnskab det også for Jeremy England. Fysikkens sprog kan ikke stå alene.

I sin kommentar i Wall Street Journal skriver Jeremy England:

»Ligninger kan elegant beskrive, hvordan et fly bevæger sig gennem luften, men de kan ikke viderebringe ærefrygten af at flyve over skyerne.« Og han slår fast:

»Jeg er videnskabsmand, men jeg studerer og lever også med den hebræiske bibel. For mig er tanken om, at fysik kan bevise, at Abrahams gud ikke er skaber eller hersker over verden, en misforståelse – både med hensyn til den videnskabelige metode og den bibelske tekst.«

Så når nogle mener, at Jeremy Englands forskning kan tage gud helt ud af ligningen, vil han nok mene, at gud slet ikke lader sig indpasse i nogen som helst ligning, endsige videnskabelig teori.

Hvor er det irriterende at man er nødt til at forholde sig til en sådan. Må det ændre sig i fremtiden!

  • 14
  • 3