Samarbete i evolutionen

För darwinistisk evolution krävs reproduktion och arter. När organismer reproducerar sig inträffar dock fel, titt som tätt. Fel leder till mutation, genetisk olikhet i nästa släktled. De rådande omvärldsfaktorerna bestämmer vilken version som får störst fortplantningsframgång. Så uppstår det naturliga urvalet.

Samarbete finns på livets alla nivåer: i arvsmassan, i celler, i multicellulära organismer, i djursamhällen, hos sociala insekter och bland människor. Med samarbete menas att en livsform betalar en kostnad för att en annan ska få en fördel. I ett darwinistiskt sammanhang innebär det att givaren försvagar sin så kallade fitness, det vill säga en del av sin potentiella fortplantningsframgång, för att mottagaren ska få en favör, vilket i sin tur ökar mottagarens fitness. Det finns ingenting som garanterar att tjänsten återgäldas.

I en krass darwinistisk värld med kampen för tillvaron som drivkraft blir samarbete en svårfattlig naturföreteelse. Ta de celler i en trådformig cyanobakterie som omvandlar sig till heterocyster för att binda kväve åt de andra cellerna. Heterocyster kan inte byta tillbaka till sitt ursprungliga utseende. De dör utan att dela sig till följd av detta.

SuperCooperators: The Mathematics of Evolution, Altruism and Human Behaviour (Or, Why We Need Each Other to Succeed) är hela titeln på Martin Nowaks nya bok. Martin Nowak är matematisk biolog. Han tog sin doktorsexamen vid Wiens universitet. Vid 32 års ålder blev han professor i teoretisk biologi vid universitetet i Oxford där han arbetade med några av evolutionsbiologins största stjärnor. Längre fram värvades han till Princeton Institute for Advanced Study. I dag är han professor vid Harvard University där han leder ett eget institut. Nowak har forskat om samarbete i 20 år. Han står mitt i en lysande karriär. Hans forskning har bland annat förklarat varför hiv dröjer så länge med att utvecklas till aids, vilket ledde till ändrade medicinska behandlingar, samt hur evolutionen bildat strategier för att minska cancerrisken i tjocktarmen, vilket gett underlag till forskningen om målinriktad cellterapi.

I SuperCooperators lägger han fram argument för att samarbete är en av evolutionens grundpelare, att ställas bredvid naturligt urval och mutation. Samarbete är evolutionens uppbyggande kraft, arkitekten bakom livets organisering till högre komplexitet. Nowaks tillvägagångssätt har varit att kombinera evolutionsdynamik med evolutionär spelteori, det vill säga att sätta matematiskt språk på biologiska populationsprocesser i datamodeller.

Spelteori är en matematisk, ekonomisk gren. Inom spelteori finns ett klassiskt beslutsproblem kallat Fångarnas dilemma. Tänk dig att två spelare möts. De ställs inför valet att samarbeta eller inte. Valet träffas samtidigt, utan att se den andras drag i förväg. Säg att den ena spelaren samarbetar. Den betalar då en kostnad så att den andra får en fördel. Om den andra spelaren också samarbetar blir utfallet att båda tar med sig en fördel minus en kostnad. Men väljer mottagaren i stället att avstå från samarbete blir slutresultatet en förlust för givaren, medan mottagaren får en fördel helt gratis. Avstår båda från samarbete står de kvar på oförändrat läge med varken vinst eller förlust.

För att beslutsproblemet ska bli meningsfullt måste resultatet av ömsesidigt samarbete, en fördel minus en kostnad, värderas högre än resultatet av att båda låter bli att samarbeta, det vill säga status quo. Att välja bort samarbete och samtidigt få en fördel ger den högsta utdelningen. Sist hamnar naturligtvis obesvarat samarbete med minus en kostnad som slutsumma.

Säg att vi är den ena spelaren. Vad bör vi göra med en självisk utgångspunkt? Om vår motspelare avstår från samarbete, bör vi göra detsamma, då förlorar vi inget. Om motspelaren samarbetar, bör vi avstå, då får vi den största vinsten, det vill säga en fördel utan kostnad. Valet blir därmed uppenbart. Vi bör avböja samarbete i alla scenarier, oavsett vad motspelaren gör.

Men vad händer om vår motpart handlar efter samma rationella analys? Om båda spelarna agerar egennyttigt och avböjer samarbete blir utkomsten noll, oförändrat tillstånd, vilket är det näst sämsta. Samarbetar de i stället får båda den näst bästa slutbetalningen, en fördel minus en kostnad. Dilemmat går ut på att det individuellt sett alltid är bättre att avstå från samarbete, men sammantaget är den totala summan alltid större hos två som samarbetar än hos två egennyttiga.

SuperCooperators skriver dilemmats historia. Dilemmat utökades till fler omgångar med flera spelare. Det upprepade dilemmat transkriberades från ekonomins rationella till biologins irrationella värld. Här stiger vi in i evolutionär spelteori där Martin Nowaks forskning tilldrar sig. Det individuella slutresultatet representerar spelarnas fortplantningsframgång. Som typ för en population tillika det verkliga livet visar dilemmat hur det naturliga urvalet motverkar samarbete. De egennyttiga får alltid bättre slutresultat, det vill säga fortplantningsframgång. Samarbete får aldrig fäste i en blandad population av samarbetsvilliga och egennyttiga underkastade naturligt urval. Det dör ut. Ändå är livet uppbyggt av samarbete, på alla plan. Urvalet måste alltså ha fått hjälp.

Nästa steg blev att utforska vilken eller vilka mekanismer som bistod med detta. För att klarlägga detta spelade man turneringar med det upprepade dilemmat och tänkte ut strategier. Datorprogram körde simuleringar och man analyserade resultaten. Lösningen väntades ligga i de vinnande strategierna och i specifika manövreringar av spelets utformning.

På vägen upptäcker Nowak bland annat hur samarbete framkallar det selektionstryck som driver utvecklingen av språket, och att man matematiskt kan bevisa att de vinnande strategier som växer fram ur en värld med urvalets tävlingsinriktade inramning måste vara hoppfulla, generösa och förlåtande.

Nowak intar två kontroversiella ståndpunkter inom teoretisk biologi. Han ifrågasätter straff som mått för att hjälpa fram samarbete inom ramen för evolutionär spelteori. Det är han nästan ensam om i sitt fält. Han desavouerar också ”inkluderande fitness”, teorin om hur ”altruistiska” gener, som påverkar organismen de verkar i att agera uppoffrande mot släktingar, därigenom utökar sin fitness (fortplantningsframgång) eftersom släktingarna sannolikt bär samma gen. Hans kritik har väckt mycket rabalder.

Nowak är också katolik, och han har inte låtit det förbli blott en privatsak. Han har bland annat suttit i styrelsen för Templeton Foundation, en organisation som finansierar vetenskap med religiösa förtecken, samt lett projektet Evolution and Theology of Cooperation vid Harvard tillsammans med teologen Sarah Coakley, omskriven och översatt i Signum nr 7/2009. Detta har inte gått obemärkt förbi den ateistiska falangen av evolutionssamfundet. I bloggosfären kan man till exempel läsa evolutionsbiologen Jerry A. Coyne misstänkliggöra Nowaks panglossianska sätt att presentera sina idéer. Hans forskning har ju kuriöst nog kvantifierat religioners livsvisdomar i ”experiment, fångat dem i ekvationer, och inneslutit dem i vetenskapen”, för att använda Nowaks egna ord.

SuperCooperators är skriven med en struktur som har flera självständiga linjer: den intellektuella självbiografin, matematisk biologiundervisning, medarbetares personhistoria, samt utläggningen av samarbete som evolutionens tredje grundpelare. Forskningen om samarbete tar avstamp i Fångarnas dilemma och slutar med fem mekanismer som Nowak och hans medarbetare kategoriserat och uttryckt i var sin enkel formel. Vägledd av medförfattaren Roger Highfield, vetenskapsskribent och redaktör för New Scientist, har Nowaks kreativa och nydanande vetenskap flätats ihop till stor, stor underhållning.

Johannes Thorell är fil.stud. vid Stockholms universitet.