1[Origo] [Origo 109]

[Denne artikel findes i en mere udførlig udgave (med alle formler og tekniske udtryk råt for usødet) i Origo 109. Den populærvidenskabelige genfortælling herunder er lavet af redaktøren, .b – Det kan anbefales at have bladet liggende ved hånden og følge med på tegningerne.]

Er der nyt fra Mars eller fra en eller anden jordlignende, fjern exoplanet, er det store spørgsmål altid om der er fundet vand. “Bare der er vand, kan der også være liv”. Sådan! Denne lemfældige omgang med sproget fra darwinistisk side trænger til lidt ætsende analyse. For er det nu så “bare”? Origo har bedt rådgivende ingeniør Arne Kiilerich om en vurdering af begrebet.

Kemisk evolution

af Arne Kiilerich

[Se vores hustegner Niels Kristian Sørensens illustrationer i Origo 109.]

Kemisk evolution er ideen om at liv opstår spontant når blot de rette betingelser er til stede. Det særlige ved denne idé er at det aldrig er iagttaget – hverken i eller uden for laboratoriet – at liv bliver til af sig selv. Lad os derfor begynde med at definere hvad liv er for noget. Der er nogle basale egenskaber som skal besiddes for at noget kan betegnes som organisk levende.

Organisk liv skal kunne

1. sammensætte stoffer

2. kopiere sig selv

3. dække sit energibehov til 1. og 2. (ved optagelse af solenergi eller ved forbrænding).

Den darwinistiske evolution kan ikke fungere med mindre disse basale egenskaber først er til stede. Udviklingen formodes at være drevet af konkurrencen om energien. Men der er ifølge sagens natur ingen konkurrence om energien før nogen eller noget har lært at udnytte energien konstruktivt. Det betyder så igen at de første organismer har måttet være ret komplicerede. Og de har sikkert ikke været meget mindre end de mindste nulevende bakterier (eller celler). Dvs. at de har været sammensat af omkring 10 - 100 milliarder velplacerede atomer – opstået bare sådan! Så der findes faktisk ikke en videnskabelig forklaring på livets tilblivelse.

Den umulige opfindelse

Syntese, at sætte stoffer sammen m.v., kræver energi som kan skaffes ved forbrænding. En organisme skal kunne håndtere forbrænding uden selv at blive skadet af den. Allerede her bliver det meget vanskeligt. Den levende organisme har samme problem som en benzinmotor ville have hvis den var bygget af træ. Hvis den ikke er helt specielt indrettet, vil den selv gå op i røg.

Organismen skal på den anden side også kunne bygge stoffer op. Til det bruger den energien fra nedbrydning af andre stoffer.

Så disse to modsatrettede processer, opbygning og nedbrydning af stoffer, skal håndteres i én og samme organisme. Og denne organisme forventes at opstå spontant uden mål eller mening. Nulevende organismer håndterer deres energiomsætning i en meget raffineret proces vha. et stof som kaldes ATP. Det gør at energien kan anvendes til både at bygge op, til transport, til kopiering osv. lige dér hvor det er hensigtsmæssigt. Og på det rette tidspunkt! Når vi taler om kemisk evolution, forventer vi altså at evolutionen skal sørge for at der tilfældigt opstår en organisme med forbrændingsmotor – i brændebunken.

Evighedsmaskine?

Det kunne godt lyde som om nedbrydning og opbygning kan fortsætte uendeligt. Dette ville også være tilfældet hvis ikke en meget stor del af energien hele tiden bliver spildt til varme. Vi skal i den forbindelse lægge mærke til at der ikke er nogen som forventer at de første organismer var i stand til at udnytte solens energi til fotosyntese, men at denne enestående og komplicerede opfindelse først har gjort sin entre på et senere tidspunkt. {extern link til Jørn Madsen Viden TRO}

Termodynamik og spillekort

Spillekort som ligger fladt på et bord, udgør en stabil tilstand. Et korthus som derefter bygges af de samme kort, udgør derimod en ustabil tilstand. En smule vind fra et åbent vindue, et skub til bordet eller lidt sollys som får nogle af kortene til at krumme, kan være tilstrækkeligt til at udløse en kollaps. Når kortene derefter ligger fladt på bordet, repræsenterer de igen en stabil tilstand.

Kortene har mistet beliggenhedsenergi i faldet. Energien er ikke gået tabt. Den er blot blevet til en lille smule varme, men denne varme kan ikke genbruges til at genopbygge korthuset.

Sådan virker termodynamikkens anden lov. Spillekortene vil altid søge mod den mest stabile tilstand. Vinden fra det åbne vindue kan undtagelsesvis få nogle af kortene til at stå på højkant, men hverken sol eller vind kan bygge korthuset.

Kemiens små byggestene har den samme tendens. Det hænger sammen med at atomer er stabile når de har otte valenselektroner (hhv. to eletroner for de mindste atomer). Grundstoffer danner derfor kemiske forbindelser for at nå til den mest stabile tilstand hvor de indbyrdes bindinger er stærkest.

Organiske stoffer er ustabile og er særligt udsatte i sollys. Plastic nedbrydes i direkte sollys. Ubehandlet træ får hurtigt på grund af sollyset et gråt slør som er nedbrydningsprodukter fra cellernes bindemiddel. Proteiner ødelægges af varme osv. Planter og dyr beskytter sig mod nedbrydningen ved at omgive sig med et lag af døde celler, og de udskiftes løbende.

Et spørgsmål om stabilitet

Livets grundlæggende byggestene – aminosyrerne – er sammensat af fire grundstoffer: kulstof, brint, ilt og kvælstof (C, H, O og N). Disse grundstoffer findes i stabile former i naturen som kuldioxid, vand og kvælstof (N₂). De ca. 78 % kvælstof i atmosfæren kaldes også for en buffergas fordi den er så stabil og lidet reaktionsvillig. Den dæmper således skadevirkningerne af den mere aggressive og reaktionsvillige ilt (O₂) i atmosfæren som nulevende organismer på meget raffinerede måder er i stand til at drage nytte af – uden selv at brænde op.

Når de stabile stoffer i naturen skal anvendes i første omgang i aminosyrer og dernæst i proteiner, skal nogle af bindingerne først brydes. Når grundstofferne sættes sammen til aminosyrer, optræder de udadtil med forskellige ladninger. Det gør at de kan sættes sammen i proteiner i de forskellige størrelser og former som skal bruges til mange forskellige formål i levende organismer. Dette kræver både energi og styring.

I forhold til de stabile former i naturen er grundstofferne i proteinerne nu løftet op på et højere energiniveau (i et “korthus”) – og dermed er de også mere ustabile. Nu kan de forbrændes, således at den energi som blev brugt til at opbygge proteinerne, igen kan frigives.

Organiske stoffer kan forbrændes direkte i ilt {illu site: tændstikken} spontant i naturen ved en langsom forbrænding, eller ved en antændelse ved lynnedslag og i direkte sollys. Spørgsmålet er om det modsatte uden videre kan ske? Dvs. om proteiner og DNA kan opstå af sig selv?

Undtagelser

Er der overhovedet noget som “af sig selv” kan løftes til et højere energiniveau? Ja, ved hjælp af solens energi kan dette lade sig gøre i et begrænset omfang. O₂ kan fx omdannes i den øvre atmosfære til O₃ (ozon), og hvor O₃ så igen af det ellers meget stabile N₂ (kvælstof) danner NO₂. (Se tegninger af kvælstofkredsløbet i Origo 109.)

Hvis det overhovedet sker at der spontant dannes mere sammensatte molekyler, vil disse være truet af et hurtigt forfald. Solens direkte rolle i omdannelse af kemiske forbindelser kan som nævnt sammenlignes med vindens påvirkning af spillekortene på bordet. Enkelte af kortene kan blæses op på højkant, men vælter formentlig igen ved det næste vindpust. Vinden bygger ikke korthuse, og solen bygger ikke makromolekyler.

Pest eller kolera?

Darwinister har forsøgt at fjerne de første forhindringer der ligger i naturlovene imod kemisk evolution, ved at opfinde en såkaldt oprindelig atmosfære af metan, ammoniak, brint og vanddamp. Derved kan aminosyrer dannes “ned ad bakke. Der er imidlertid ikke noget videnskabeligt belæg for denne “tyvstart”. Den primære årsag til at man antager at jordens oprindelige atmosfære var iltfri, er at selv de første tilløb til levende organismer er umulige i en atmosfære der indeholder ilt. Bortset fra dette startproblem er der ikke meget der tyder på at jorden har haft en iltfri atmosfære.

Hertil kommer et modsatrettet problem. Nemlig at en organisme i et iltfrit miljø ikke kan forbrænde noget (“trække vejret”). Altså, vi kan måske nok sætte en organisme sammen i en flaske hvor vi har fjernet ilten; men hvordan skal den så kunne trække vejret?

Der kan ganske vist være andre stoffer i et iltfrit miljø som kan nedbrydes, og på den måde levere energi. Ved vulkansk aktivitet på oceanbunden lever der bakterier uden ilt, og de kan dække deres energibehov vha. svovl (læs mere om redoxprocesser i en kemibog <netlink>). Men her spøger det grundlæggende problem også. At forbrændingsmotoren skal opstå spontant (“af sig selv”) af brændebunken – altså at en organisme skal opstå spontant af de stoffer som deltager i nedbrydning – uden selv at blive brudt ned. Valget står imellem kvælning eller opløsning!

Rejehop eller tigerspring

Tyvstarten fjerner heller ikke den næste energibarriere som består i at proteiner som består af hundredvis af aminosyrer, og DNA “ligger højere oppe ad stigen” end aminosyrer. Den energi som skal kunne præstere dette “løft”, kan også løfte 1 kg 200 kilometer over jorden.

For baron von Münchhausen, der kunne løfte sig selv og sin hest op af dyndet ved at trække sig selv i håret, forekommer dette formentlig ikke imponerende. Alle andre må erkende at vi taler om meget stærke konservative kemiske kræfter.

Kemisk evolution og naturlovene

Man kalder en kraft for konservativ når den virker entydigt retningsbestemt og i øvrigt aldrig ombestemmer sig. Vi kan fx stole på massetiltrækningen og behøver ikke at frygte at vi pludselig letter fra jorden og forsvinder ud i universet.

Vi har grundlæggende fire pålidelige og konservative kræfter:

1. Den svage kernekraft

2. Den stærke kernekraft

3. Den elektromotoriske kraft

4. Massetiltrækningen

Uden disse kræfter ville universet være uden dynamik eller sammenhæng.

Videnskaben burde kunne forklare alle fænomener (inkl. evolutionen) ud fra disse fire kræfters virke. Men det er netop ikke tilfældet. Evolutionsteoretikere tager livets spontane opståen for givet. De behøver derfor ikke at levere en sandsynlig forklaring på hvordan livet er opstået spontant, og i overensstemmelse med de kendte naturlove. De beskæftiger sig ikke med spørgsmålet om hvorvidt livet overhovedet kan opstå spontant. Dette betragtes som på forhånd for at være en kendsgerning som naturlovene må indrette sig efter.

Millers forsøg med “uratmosfæren” i reagensglasset blev i 1953 betragtet som et stort gennembrud for ideen om kemisk evolution. Men lige siden har forskerne stødt hovedet imod en mur i forsøget på at finde ud af hvordan livet skulle være opstået. For godt nok viste forsøget en spontan dannelse af aminosyrer, men også at de derefter nedbrydes uden nogen form for tilløb til at bygge proteiner.

Der er fremsat mange teorier, men der er ingen håndgribelige resultater som kan sandsynliggøre at livet skulle opstå spontant og i overensstemmelse med termodynamikkens 2. lov – som er en uomgængelig naturlov.

De forholdsvis ustabile biologiske forbindelser kan formentlig kun dannes af grundstoffer fra stabile kemiske forbindelser – når man (med enkelte undtagelser som sollysets kvælstoffiksering) tilfører energi som er intelligent styret og doceret. Der findes fremdeles ikke videnskabelig dokumentation for livets spontane tilblivelse. Hverken eksperimentelt, ved beregning eller ved iagttagelser i naturen.

Epilog

Frankensteins Monster

De fleste har formentlig set en eller flere filmatiseringer af den gamle historie om dr. Frankenstein som sammensatte et levende væsen af reservedele fra kirkegården som vaktes til live af energien fra lynnedslag.

Den moderne videnskab arbejder også med at skabe liv af genbrugsopfindelser i laboratoriet. Ideen er den at hvis man genskaber livet i laboratoriet, vil man måske også finde svaret på hvordan det er opstået.

Det er lykkedes for den amerikanske forsker Craig Venters at skabe et komplet genom for en af verdens mindste bakterier Mycoplasma Genitalium (MG) der består af 582.970 basepar.

Men uanset hvor lang man når i laboratoriet, så vil dette formentlig ikke give svaret på det termodynamiske problem. Både dr. Frankenstein og den moderne videnskab dæmmer midlertidigt op for termodynamikkens 2. lov ved selv at styre energien i eksperimentet. Spørgsmålet er hvordan eksperimentet vil klare sig uden dr. Frankenstein?

Der vil fremdeles være en afgrund til forskel på om vi kan skabe/efterligne liv, eller om det kan opstå spontant i naturen!

bli’ klogere:

http://da.wikipedia.org/wiki/Exoplanet

Adenosintrifosfat (ATP) er en organisk kemisk forbindelse, der fungerer som biologisk energi- og effektormolekyle og indgår i mange vigtige cellulære processer. Molekylets fosfatbindinger indeholder en stor mængde energi WIKIPEDIA:

Den skøre professor

advarer mod at læse: The Mystery of Life´s Origin, skrevet af 3 kemi PhD-er med hvert sit speciale.

Bogens omslag leverer en rosende kommentar af Robert Shapiro som er en kendt kemiker og fortaler om ideen om kemisk evolution.