Gränsen

Cellbiologisk forskning har med allt större precision kunnat kartlägga levande cellers inre strukturer och kemiska reaktionsmönster. Den karta man ritat över cellens inre har nu en så överväldigande hög upplösning att enskilda forskare och forskningsgrupper har svårt att hålla sig välinformerade om vad som händer bortom det egna specialområdet.

Samtidigt som detaljkännedomen om cellers inre mekanismer vuxit, har frågan om vad liv faktiskt är kommit i bakgrunden. För ett halvsekel sedan kunde aktiva forskare fortfarande finna det befogat att polemisera mot föreställningen om en livskraft, élan vital, ett begrepp som i dag är lika föråldrat inom biologin som flogiston inom kemin. Men det faktum att ingen längre på allvar ställer frågan om vad liv är, beror väl mest på att ingen med bevarad trovärdighet kan peka ut sitt forskningsfält, de särskilda molekyler, reaktionsvägar eller strukturer som han/hon studerar, och hävda att just de utgör själva kärnan i livsbegreppet. Allt tal om levande molekyler är ju nonsens: det är celler, organismer som lever, inte molekyler. I en tid som alltmer präglas av mänskligt övermod avseende teknisk utveckling och en hägrande seger över den biologiska döden, är det motiverat att tydliggöra skillnaden mellan liv och icke-liv, mellan levande varelse och maskin. Biologiskt liv är i grunden något villkorat, ändligt och beroende.

Möjligen beror forskningens generade tystnad avseende liv på att man letar på fel ställe; man ser som en självklarhet att skillnaden mellan levande och icke-levande föremål måste kunna lokaliseras till några specifika mekanismer inuti dem som lever, men när man så kartlägger det inre, hittar man bara sådant, som också kan ske utanför en levande cell. I det följande skall jag emellertid ta en annan utgångspunkt och definiera liv som ett pågående utbyte i gränsskiktet mellan ett ändligt inre rum och det icke-ändliga yttre. Utgångspunkten här är alltså att liv är något som i varje ögonblick ges till och tas emot av de levande.

Den minsta enheten

Den mest ursprungliga form av liv som vi känner är den frilevande cellen, till exempel en bakterie- eller arkécell. Denna livsform definieras av tre väsentliga karaktärer:

* Topologiskt är cellen ett ändligt inre rum, avskilt från det yttre, icke-ändliga rummet med ett omslutande membran.

* Det pågår ett fortlöpande utbyte av energi och materia mellan detta ändliga inre och det icke-ändliga yttre. Vad gäller inflödet av materia, finns det i det avskiljande membranet rikligt med kanaler, som förbinder utsida med insida; dessa kanaler kan befinna sig i ettdera av två lägen: öppet eller stängt, beroende på hur den specifika receptorn på kanalens utsida svarar mot den molekyl som den för ögonblicket är i kontakt med. Utflödet av materia består av restprodukter från cellens inre processer. Vad gäller utbytet av energi kan det ske i många olika former och med stöd av olika membranbundna mekanismer, men följande regel är allmängiltig: entropin i inflödet av energi är alltid lägre än det i utflödet; det inre kan på så sätt upprätthålla sina ordnade strukturer.

* Genom flödet av materia och energi genom cellen blir det möjligt för de inre mekanismerna att tillverka kopior av sig själva och av materialet i det omslutande membranet, så att det kan knoppa av ett nytt ändligt inre rum med ungefär samma inre mekanismer som moderrummet.

Här kunde det möjligen vara på sin plats att göra en längre utläggning kring de möjligheter till interaktion, som öppnar sig för dessa små encelliga varelser; hur de kan börja samverka i komplexa mönster, börja leva av, på, med och i varandra. Och hur några enkla livsformer efter miljarder år letar sig fram till den märkliga händelse, där två inre rum samtidigt öppnar sig för varandra och förenas till ett inre rum, alltså till det skeende som kallas sexuell rekombination. Men en sådan utläggning skulle bara skymma den centrala uppgiften: att finna en övergripande definition av liv.

Den definition, som gavs ovan, avser enbart liv i dess mest elementära form, och den betonar särskilt de levandes totala beroende av att kunna kontrollera utbytet med en icke-kontrollerbar omgivning. Membranens receptorer har här en nyckelfunktion: dels har de en specifik förmåga att känna igen molekyler de är i direkt kontakt med, dels kan de öppna och stänga kanalerna till det inre; de villkorar inflödet och säger Ja eller Nej till det som är därute.

Den här definitionen kan kondenseras ytterligare: liv utspelas i ett pågående, kontrollerat flöde mellan inre och yttre, liv förnyas i det möte, där ett ändligt inre känner igen något i det icke-ändliga yttre och svarar ”Ja!”, så att något av det yttre blir en del av det inre.

Att de ovan nämnda är essentiella karaktärer i cellers liv kan visas genom enkla tankeexperiment. Vad skulle hända om en levande cell hamnar i ett permanent Nej-läge, ett där allt yttre har främmande former så att allt inflöde från omgivningen slutgiltigt blockeras? Den skulle dö. Eller om den hamnar i permanent Ja-läge, så att alla dess kanaler är oreglerat vidöppna? Den skulle dö. Eller vad skulle hända om membranet brister så att inget längre finns som skiljer det inre ändliga från det icke-ändliga yttre? Det ändliga skulle uppgå i det icke-ändliga.

Det hittills sagda gäller för liv i dess mest ursprungliga form, alltså för frilevande bakterie- och arkéceller med en storlek av någon tusendels millimeter, livsformer som började kolonisera jorden för cirka 3,5 miljarder år sedan. Men hur förhåller det sig med växter och djur, de flercelliga livsformer, som dök upp här några miljarder år senare och som kan vara mer än hundratusen gånger större än de första invånarna? Är också de beroende av att kontrollera utbytet med sin omgivning, beroende av att kunna säga Ja och Nej till det de möter? Frågan är alltså, om detta kontrollerande gränsskikt mellan det ändliga inre och det icke-ändliga yttre är ett återkommande tema vid uppkomsten av mer utbredda livsformer.

För att den frågan skall kunna besvaras, är det nödvändigt att först göra några enkla skattningar.

Utbredning i rummet

För att åskådliggöra skillnaden i storlek mellan en bakteriecell och till exempel en liten griskulting, kan vi göra följande tankeexperiment: Vi tar 1 000 000 000 000 000 runda bakterieceller med en radie på en tusendels millimeter och knådar ihop dem till ett klot. Vi får då en kompakt cellboll med en volym på cirka 4 liter, vilket alltså motsvarar summan av bakteriernas volym. Om man sen jämför den stora cellbollens gränsyta, som är cirka en tiondels kvadratmeter, med de små cellernas sammanlagda gränsyta på 10 000 kvadratmeter, finner man alltså att den förra har minskat 100 000 gånger.

Det här är ett exempel på det samband som säger, att kvoten mellan yta och volym minskar med ökande storlek för likformiga kroppar, och det sambandet är ofrånkomligt och strikt matematiskt.

om levande organismer är kritiskt beroende av ett reglerat utbyte med sin omvärld och om omfattningen av detta utbyte är kritiskt beroende av storleken på den gränsyta genom vilken utbytet sker, så måste flercelliga organismer hitta ett sätt att utvidga sitt ytskikt utan att utöka sin volym/biomassa.

I den evolutionära historien går det att urskilja två kompletterande strategier för att lösa den svårighet som uppstår när stora organismer med växande biomassa får en alltför snäv kontaktyta mot sin omgivning:

Fraktaler

Den ena strategin kan kallas fraktal och innebär, att flercelliga organismer byggs upp med vidsträckta nätverk av tunna trådar och/eller skivor och att en arbetsfördelning etableras mellan nätverkens olika delar. Dessa delar kan vara spridda över stora områden med helt olika omvärldsbetingelser, och det som hämtas in ur flödet från ett område, transporteras genom nätverket och fördelas över organismens övriga förgreningar.

Ett typexempel på den här strategin är kärlväxter: ett vittförgrenat system av rottrådar i mörk, fuktig jord står i förbindelse med ett skirt lövverk av tunna blad, utspridda i den torra, ljusdränkta luften. Utan sådana kärlväxter skulle livet på jorden se mycket annorlunda ut, och det skulle inte förekomma några större landlevande djur.

Termen ”fraktal” behöver kanske förklaras. Den kommer från en utvidgning av den idealiserade geometri som säger att en kropp alltid kan tillskrivas en bestämd volym i 3 dimensioner och en bestämd yta i 2 dimensioner. Denna heltalsgeometri har emellertid visat sig vara otillräcklig för att beskriva många fysiska objekt i naturen och ett rotsystem till exempel kan bäst förstås som något mellan volym och yta med en fraktal dimension mellan 2 och 3.

Genom sina tunna vävnader kan alltså dessa fraktalt uppbyggda organismer förstora sin gräns mot omvärlden utan att utöka sin biomassa.

Vi kan nu återvända till grundfrågan: representerar den här strategin en ny variant av det tema vi fann hos bakterier, är den ett nytt utförande av det gränsskikt, som skiljer och förbinder ett ändligt inre och det icke-ändliga yttre? Egentligen inte. Den här strategin har omdisponerat förhållandet mellan gränsskikt och biomassa och tänjt ut cellmembranets kapacitet till det yttersta. Och det finns en absolut gräns för dess möjlighet till evolutionär framgång: den kan obegränsat närma sig dimensionen 2.0 men kan aldrig bli ren yta.

Varsna och besvara

Den andra strategin kan kallas varsna och besvara och är typisk för djur med utbyggda nervsystem. I dess mest elementära form består denna strategi inte av två sammankopplade händelser, alltså inte så att detta att varsebli är en sak, och att besvara det varseblivna en annan. Snarare får man förstå det som ett enda skeende, där det enda som ett djur förnimmer av omvärlden är de förändringar, som det kan besvara med handlingar, och de handlingar djuret kan utföra är direkt eller indirekt länkade till dess möjligheter att överleva och föröka sig.

Ett konkret exempel kan göra det mer åskådligt. Ljuskänsliga celler i ögat på en groda är via nervtrådar och en enkel omkoppling länkade till tungans muskelceller; när så ögats celler registrerar en specifik förändring i det infallande ljusmönstret går nervimpulser till tungan, som far ut och fångar flugan: en specifik nyckelretning har utlöst ett specifikt svar.

Den här strategin löser alltså de svårigheter, som djur med kompakt kroppsform oundvikligen ställs inför. Storleken av kroppens faktiska, fysiska gränsskikt, huden, svarar inte mot djurets behov av utbyte med omvärlden. Det måste bygga ut strukturer, som kan läsa av det som sker en bit bortom den egna kroppsytan. När en bakteries receptorer läser av omgivningen, måste de få en direkt kontakt med de molekyler de skall besvara med sitt Ja eller sitt Nej. ”Direkt kontakt” betyder här att de är verksamma på avstånd av någon miljondel av en millimeter. Djurs sinnesorgan däremot kan läsa av en mer vidsträckt omvärld i sökandet efter nyckelretningar. En ormvråk kan lokalisera en sorks rörelse på mycket långt håll.

Det här skall naturligtvis inte förstås så att djur inte också är beroende av den fraktala strategins ytförstorande effekt. Det är de. Alla djur med lungor/gälar och ett hjärta är ju genomvävda av ett finmaskigt kanalsystem, som fördelar syret från luften till kroppens alla vävnader; och väggarna i mag-tarmkanalen hos dessa djur är klädda med ett tarmludd, som förstora den fysiska kontaktytan mellan kroppen och den passerande födan, ett sorts invärtes rotsystem. De skenbart kompakta kropparna kan i någon rumsskala vara porösa som tvättsvampar. Men de rent ytförstorande effekterna är inte tillräckliga för djurs behov av utbyte.

En än mer väsentlig aspekt än den rent rumsliga är de möjligheter till nyansering som den här strategin erbjuder. Bakteriernas membranreceptorer är i princip hänvisade till ett enda urvalskriterium: molekylens form avgör om det blir Ja eller Nej. De evolutionära möjligheter som ryms i varsna och besvara är oöverskådliga. Det som påbörjades för kanske 1 miljard år sedan med reflexartad respons på enkla nyckelretningar har kunnat bli komplexa, avsiktliga handlingar som svar på en nyanserad förförståelse av komplexa förändringar i omvärlden.

Djurs nervsystem är alltså en variation på det tema vi fann på cellnivå: att läsa av en icke-ändlig omvärld genom att skala bort ovidkommande brus och ta fram de förändringar som röjer något igenkännbart och som påverkar handlingsalternativen, alltså påverkar om svaret skall bli Ja eller Nej.

Men vad skulle hända med ett djur om dess varsna och besvara-system skulle låsa sig i ett konstant Nej-läge, om inget i omvärlden går att tolka, inget är igenkännbart, inget går att besvara? Det djuret skulle svälta och torka ihjäl. Eller om det fastnar i vidöppet Ja-läge, där vad som helst kan tolkas hur som helst och utlösa vilken handling som helst? Djuret skulle dö i krampryckningar. Det ändliga skulle lösas upp i det icke-ändliga. Men liv förnyas i det möte, där ett ändligt inre känner igen något i det icke-ändliga yttre och svarar Ja, så att något av det yttre blir en del av det inre.

I det föregående har jag tagit klivet från encelliga organismer till flercelliga djur, ett kliv där rumsskalan förstorats mer än hundratusen gånger – men om vi nu tar ännu ett steg och tittar på samhällen med många samverkande djur: Förutsätter dessa samhällen ett nytt utförande av den gräns, som skiljer och förenar?

Sociala insekter

De sociala insekternas samhällen kan vara av mycket olika beskaffenhet. Några har en livslängd som sträcker sig över några sommarmånader, och de består kanske av enbart ett tiotals individer, andra varar under många årtionden och kan härbärgera miljontals innevånare. De sociala strukturerna kan vara enkla eller komplexa, men det finns ett gemensamt grundtema i alla dessa samhällen, vare sig det är frågan om getingar, bin, myror eller termiter.

Centrum för samhällsbygget är boet, där en fertil hona, en drottning lägger ägg. Hennes unga döttrar, som är kvar i boet, matar och vårdar sina yngre systrar, som ännu inte klarar det själva. Några av de äldre döttrarna vaktar kanske över ingångarna, så att inga främmande släpps in, men de flesta är spridda i grannskapet på jakt efter föda och byggmaterial till dem som fortfarande vistas i boet med drottningen.

Detta grundtema kan, som sagt, varieras på otaliga sätt och några av de samhällen som byggs av myror och termiter är så förunderligt komplext sammansatta att det är befogat att fråga om inte en helt ny biologisk princip är verksam här. Kanske ett nytt utförande av det gränsskikt som skiljer och förenar. Men såvitt jag kan förstå är något sådant inte nödvändigt. De sociala insekternas samhällen kan förstås som en kombination av de två ovan nämnda strategierna.

Om man betraktar dessa tusentals, tiotusentals kanske hundratusentals små, kortlivade systrar, som sprider ut sig över vidsträckta marker för att samla mat och byggmaterial till dem i boet, vilka i gengäld levererar nya systrar, som sprider ut sig över ännu större områden, så liknar det ett sorts välförgrenat, rörligt rot- och transportsystem, den fraktala strategins grundidé. Men utan att kompletteras av den andra strategin skulle det inte fungera.

Insekter är djur och har alltså tillgång till varsna och besvara-strategin men med en nödvändig precisering. I dess mest elementära form är det enda som ett djur varsnar och besvarar sådant som är länkat till dess möjligheter att föröka sig. För de sociala insekterna däremot tycks gälla att de varsnar och besvarar endast sådant som påverkar populationens fortbestånd. I varje samhälle finns det ett mer eller mindre komplext system av nyckelretningar, så att enskilda individer kan läsa av och besvara samhällets aktuella behov och tillfälligt byta arbetsuppgift. Och för detta krävs det ingen annan princip än den att varje individ undantagslöst är underordnad samhällets tillfälliga behov och att alla reflexmässigt besvarar nyckelretningar på samma sätt.

Ordet

Men hur är det med historien om den mänskliga gemenskapen – kräver den något utöver ett fungerande superkomplext system av nyckelretningar, som reflexmässigt besvaras på samma sätt av alla som är delaktiga i gemenskapen? Ja, den kräver något helt annorlunda, den kräver mänskligt språk, talade ord. Och de orden har en biologisk utvecklingshistoria.

I sitt mest elementära utförande är varsna och besvara hårt hopknutet till en enda sammanhållen sekvens. Men i några släktlinjer under de senaste 50 miljoner åren har den sekvensen börjat brytas upp. Att varsna blir en sak, att besvara en annan – och svaret kan fördröjas, modifieras, kompletteras. Förnimmelser och handlingar kan börja anta en halvt självständig existens, bli protobegrepp i djurs första mentala avbildningar av den omvärld där de lever. Och i några utpräglat sociala släktlinjer kan dessa protobegrepp delas och bli gemensamma ord i ett talat språk. Och om det ord du säger är samma ord som jag hör, då är något av mitt inre också i ditt inre och vi kan bygga vidare på vår förståelse av vår gemensamma omvärld.

Så lägger de delade orden en bas för den mänskliga gemenskap som kan framträda i så många skiftande gestalter, som släktgrupper, klaner, samfund, stater, civilisationer. Som supporterklubbar, som livslång vänskap eller som ett samtal mellan två främlingar på en tågperrong. De gemensamma orden kan formas till berättelser om vår värld och om dem som finns i den och hur den världen fungerar, och om den större värld som omsluter och innesluter vår värld, och om de förbindelser som finns mellan den och vår; berättelser om våra fester, ceremonier och varför vi firar dem, men också om våra verktyg, maskiner och hur de skall användas, hur de kan förbättras, och om hur vi bör bete oss mot varandra och varför.

Den begreppsliga bindning som skapas av de ord vi delar visar sig för oss i två aspekter: dels som kunskap om vår värld och det som står i vår makt att göra, dels som en fråga om vad vi bör utföra av allt det som står i vår makt att utföra.

Den första aspekten betonas ofta, vi skriver ju helst vår historia som en framgångssaga: genom en alltmer exakt kunskap om världen har vi konstruerat våra alltmer förfinade instrument, som öppnat för en mer exakt kunskap, vilken vi skall använda för att ladda vår politiska, ekonomiska och tekniska makt med en starkare industriell muskulatur, som snart skall ha tagit hela planeten i besittning. Och här befinner vi oss i dag, i antropocen, i ett utsiktslöst försök att helt ta över kontrollen och begränsa de ändligas beroende av det icke-ändliga. Att försöka göra det icke-ändliga litet mer ändligt.

Den andra aspekten är mer undanskymd men ligger i det faktum att genom orden sattes vi fria: de strikta orsakssambanden bröts upp och ersattes av valmöjligheter.

De gemensamma ord, som utgör grunden för mänsklig gemenskap, är en tredje variation på det tema, som introducerades av det första levande på jorden; vårt språk är ett begreppsligt gränsskikt, som låter oss känna igen något av det andra, det som är bortom, och orden låter oss avgöra om detta andra skall hämtas in och bli del av vårt, om vi skall säga Ja eller Nej till det.

Vad skulle hända om språket låser sig i ett Nej-läge, om orden förblir helt stängda så att vi inte kan känna igen något av det som pågår därute? Då skulle vi inte ens kunna förstå oss på resultaten av vårt eget handlande. Om Nej-läget inte kan brytas, kommer gemenskapen att brytas upp.

Och om orden havererar av inre orsaker, om lögn och misstro får fotfäste? Om jag inte kan veta om du menar det du säger och säger det du menar, och om du kommer att göra det du säger att du skall göra. Om jag inte kan veta om ditt Ja är ett Ja, ditt Nej ett Nej. Om detta får överhand kommer gemenskapen att lösas upp.

Men kan mänsklig gemenskap dö på riktigt? Förmodligen kan den det. Men den kan också förnyas i det möte där ett ändligt inre känner igen något i det icke-ändliga yttre och svarar Ja, så att något av det yttre blir en del av ditt inre.

Stig Olsson är biolog, tidigare verksam vid Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala.