26 november 2017

Godmorgon världen om klimatet

Idag (26/11 2017) hade P1:s Godmorgon världen ett inslag om klimatfrågan. Här refereras till ett av New York Magazines mest lästa reportage: David Wallis Wells "den  obeboeliga jorden". Jag länkar till Expressen svenska översättning. Men i den versionen finns en länk till en kommenterad version av originalartikeln.

Artikeln är en nyttig om än journalistiskt slängig (för kritik kan man läsa här) genomgång av "worst case scenarios" men avslutas i god ton med att konstatera att "klimatforskare har en märklig slags tro: de säger att vi kommer att hitta sätt att föregripa radikal uppvärmning, eftersom vi måste det."

Det går säkert att hitta vetenskapliga belägg för att det är den mest rationella hållningen. Finns det ingen anledning att hoppas så får vi hoppas utan anledning.

Ett hoppfullt tecken skulle vara att den 1 januari 2018 träder den nya klimatlagen i kraft i Sverige. Klimatlagen ska fungera som ett regelverk för att besluta om ett "budgettak" för klimatutsläpp med slutmålet att Sverige inte ska ha nettoutsläpp av växthusgaser senast år 2045. Den första handlingsplanen enligt lagen ska presenteras 2019. Själva målen står inte i lagen (Klimatlag 2017:720) utan beslutades separat av Riksdagen den 15 juni 2017. Det hela beskrivs av Naturvårdsverket här. Och på internationella mötet i Bonn kunde Sverige berätta om detta.

Målen inkluderar tyvärr inte import och utrikes resor, men inget hindrar att kompletterande miljömål beslutas senare. Vilket framförts av miljörörelsen, till exempel i SvD. Ett klimatråd ska utses som kommer att lägga en första rapport i februari 2018. Ola Alterå är utsedd till kanslichef för rådet.

Om "den obeboeliga jorden" handlar om olika worst case kan man fråga sig hur "best case scenarios" för klimatet ser ut. Ett "best case" kan antingen vara att temperaturökningen inte blir så hög eller att det visar sig att höga temperaturer inte orsakar så stor skada,

Klimatpanelen IPCC har sina möten, och de sammankallade sina bästa krafter i Malmö i år för att hantera målet 1,5 graders uppvärmning, under förkortningen IPCC SR 15. Rapporten kommer 2018. Bara det faktum att man genomförde detta visar att det finns dom som ser det som meningsfullt att räkna på en så låg temperaturhöjning. Med dagens utveckling når vi sannolikt 1,5 grader år 2030.

En alternativ "best case"-metodik är att räkna nationalekonomiskt på effekter av klimat-förändringarna. Så gör Björn Lomborg. Han inser att vi får temperaturhöjningar av koldioxidutsläpp. Men för att minska effekterna av dem gäller det att maximera BNP-utvecklingen så att skadeverkan blir en liten andel av totala BNP. Det kan man till exempel göra genom att satsa på fracking och producera naturgas som visserligen ger växthuseffekt men ännu mera ekonomi-effekt. Björn Lomborg finner då att skadeverkan hamnar under 1 procent av totala BNP. Detta har vad jag förstår på något vis också att göra med diskontering av framtida kostnaders värde. Maximal ekonomisk utveckling på kort sikt är nästan alltid ett nationalekonomiskt "best case".

Ett tredje alternativ för "best case" är det som inom teatern kallas "deus ex machina". Här ser jag principiellt två möjligheter: att det händer något som minskar solinstrålningen eller att det finns någon okänd mekanism som förbrukar växthusgaser i allt högre takt när de överstiger en viss gräns.

Vulkanutbrott skulle kunna vara en sådan lösning. Precis lagom mycket vulkanutbrott kan ge en viss avkylning. Det är väl inte helt osannolikt att isavsmältning kan orsaka en viss ökad geologisk aktivitet. Men att det skulle leda till någon stabil effekt är tämligen osannolikt.

Mekanismer för global homeostas skulle däremot kunna reglera växthuseffekten på en viss nivå. Detta är motsatsen till olika tröskeleffekter som diskuteras i worst case-sammanhang. Tyvärr har jag inte sett någon publikation som visat på en tillräckligt kraftfull sådan reglerande mekanism men det hindrar inte att det kan dyka upp en sådan. I bästa fall.

Tillägg 2017-12-10. Här är hela klimatrådet. Eller här hos Formas.





25 november 2017

Syntetiskt liv och respekt för liv

J Craig Venters bok "Liv i ljusets hastighet" (2013) innehåller en detaljerad och imponerande beskrivning av modern forskning kring hur liv kan konstrueras. Viktigast känns den forskning som syftar till att förebygga epidemier och hantera antibiotikaresistens. Intressant är att Craig Venter (f. 1946) även tar upp betydelsen av forskning kring bakteriofager. Det ämnesområdet har haft låg status men kan komma att få betydelse ifall man inte löser frågorna om antibiotikaresistens.

Jag har svårt att inte sugas in i Craig Venters fantastiska värld. Med shotgun sequencing passerade hans forskningsgrupp det stora Human Genome Project år 2000. Diverse strul uppstår men han bara fortsätter och år 2008 publicerade de hela det syntetiserade genomet av Mycoplasma genitalium. Det är inte lättläst, men mina elementära kunskaper i biokemi gör att det nästan blir hanterligt att läsa om DNA-sekvensering, gelelektrofores och PURE-systemet (cellfri proteinsyntes).

Craig Venter har många utblickar. På sidan 150 refererar han till "the Human Brain Project". Och i  sista kapitlet funderar han över hur man ska kunna sekvensera liv på mars, skicka över sekvensen till jorden och sedan bygga upp "marsianska organismer" i ett P4-laboratorium. Efter att ha läst senaste Forskning och Framstegs (nr 10-2017) artikel om svampliknande organismer i berggrunden börjar jag förstå att liv finns i berg och att det kan överföras från en planet till en annan.

Syntetiskt liv innebär risker. Från sidan 162 och framåt diskuterar Craig Venter olika etiska problem. Han har varit rådgivare i etiska kommittéer som upprättats, t.ex. av dåvarande president Barack Obama. "Biohackers" och "bioterror" är risker som ska hanteras. Däremot nämns inga funderingar kring riskerna med att företag som transnationella Novartis kontrollerar tekniken. Inte oväntat tror Craig Venter att överdriven reglering kan vara lika skadlig som överdriven försiktighet. I hans värld kan miljöproblem lösas genom att vi förbättrar människokroppen och gör den tålig för radioaktivitet och klimatförändringar.

Jag kan vara kritisk mot detta, men jag kommer att vilja ha det vaccin som Novartis utvecklar med hjälp av de forskningsframsteg som bland andra J Craig Venter varit med och tagit fram. Och Venter tänker på dessa frågor, mycket populärvetenskap tar inte ens upp risker och etik. Johnjoe McFadden och Jim Al-Khalili väljer i "Kvantbiologi" bara att räkna upp en massa tänkbara positiva effekter av forskningen och i en del fall (som rörande "det gyllene riset" som ännu inte fått livsmedelsgodkännande)  har de inte ens kollat upp fakta.

Den unika slump som livets uppkomst utgör stämmer till respekt eller vördnad för det liv vi ser och lever. Men vad skulle, från en naturvetares perspektiv, en sådan respekt innebära?


12 november 2017

Livets uppkomst, slump och nödvändighet i kvantvärlden

Livets uppkomst. Toppar nog listan av händelser som periodiserar historien. Big history! Samtidigt är det nog den händelse som är öppen för mest spekulation, det finns mycket lite fakta att gå på. Till och med Big bang verkar vi ha mer begripliga teorier om.

Jag läser "Kvantbiologi" av  Johnjoe McFadden och Jim Al-Khalili (från 2014) och "Liv i ljusets hastighet" av Craig Venter, 2013. Och jag läser om lite i klassikerna "Vad är liv" av Schrödinger från 1944 och "Slump och nödvändighet" av Jaques Monod, från 1970.

Det finns inte några spår av de äldsta livsformerna, de försvann i någon tidig fas av evolutionen. Och ännu har inga experiment varit i närheten av att skapa liv från enkla kemikalier. Vi vet helt enkelt inte hur det gick till.

Även de enklaste levande organismer som finns nuförtiden är mycket avancerade. När J. Craig Venter och hans team försöker skapa syntetiskt liv arbetar de med enkla organismer som Mycoplasma genitalium. Men denna bakterie har 482 proteinkodande gener och 42 RNA-gener, det är inget som enkelt kan sättas ihop av sig själv i en ursoppa av kemikalier. 1995 publicerades hela genomet på 580000 baspar. Och då är mykoplasma bland de enklaste bakterierna. De har ingen cellvägg utan omges enbart av ett cellmembran.

En annan modellorganism är Methanococcus jannaschii, en så kallade extremofil inom domänen arkeer. (dvs varken Bacteria eller Eukarya). Arkebakteriernas gener är till mer än hälften helt skilda från andra domäners gener. Just denna variant lever vid hetvattenutflödet i djuphavsbottnar och skapar sin energi genom att omvandla koldioxid till metan. Det kanske liknar mer villkoren i den kemiska ursoppan för 4 miljarder år sedan. Men det är inte någon enkel organism, genomet innehåller över 1800 proteinkodande gener, dvs. 3-4 ggr mer än mykoplasma

Hur ska det allra enklaste livet definieras? Livets uppkomst kan banalt definieras som det som gav upphov till det vi nu känner som liv. Andra mer generella definitioner brukar gå på linjen att liv är komplexa system som klarar att uppnå homeostas och som i någon fas av sin existens kan föröka sig. Homeostas är förmågan att reglera processer för att klara förändring. Att hålla sig vid liv, om man så vill. Och utöver det ingår ett kretslopp i definitionen av liv - förökning, fortplantning eller självreplikation. Det kan ses som en utvidgning av begreppet homeostas till att inkludera att organismen överlever genom att återfödas.

David Christians "Big history" hänvisar till Schrödingers definition från klassikern "Vad är liv" från 1944. Att liv är något som skapar komplexitet istället för sönderfall i oordning och att livet grundläggande byggstenar är någon form av aperiodiska kristaller som samverkar i en allt mer komplex metabolism. Det finns något bra med att ha med att livet ska bestå av "kristaller", dvs av strukturerade kemiska substanser. Schrödinger kallar det inte kristaller, han skriver "aperiodic solid". Det är Jaques Monod som skriver om aperiodiska kristaller, och menar proteinter, RNA och DNA.  "Artificiellt liv" som kan skapas i datorer eller av storskaliga tekniska apparater (robotar som bygger och kopierar sig själva) får då kallas för något annat än liv - det tycker jag känns rimligt och bra.

Den första referensen kring forskning om livets uppkomst är "Miller-Urey"-experimenten som på 50-talet visade att komplexa molekyler kan uppkomma i en ursoppa av kemikalier. De byggde på Alexander Oparins (1894-1980) och John B.S. Haldanes (1892-1964) teorier om en ursprunglig soppa (primordial soup). Redan Darwin skrev kortfattat om detta. och ett fint ord för detta område är "abiogenes". Det betyder ungefär "liv som inte kommer från liv" och begreppet myntades av T.H. Huxley 1870.

Den moderna referensen är främst Jack Szostak, (född 1952). Hans forskning rör protoceller med självkatalyserande RNA, även kallat ribozymer. Även här pratar vi rätt komplicerade strukturer.

Johnjoe McFadden och Jim Al-Khalili redogör på ett roligt vis om hur resultatet av ett "Miller-Urey"-försök egentligen ser ut. Om man tar en blandning av enkla kemiska föreningar och utsätter det för värme och blixtar så får man visserligen en del intressanta molekyler men det samlade intrycket är att man helt enkelt bränner vid hela blandningen och får en svart knäck som får skrapas ur reaktionskolven. Sådant har alla organiska kemister åstadkommit, men det gör inte att de varit nära att skapa liv.

För att liv ska uppkomma krävs något mer strukturerat. Av en slump måste "aperiodiska kristaller" funnits i en miljö där rätt reagens doserades in och slutprodukterna sedan paketerades på något vis för att skyddas mot vidare reaktioner och kopior av de ursprungliga molekylerna skapats och sedan ska denna process upprepas. För att liv ska uppstå måste dessa slumpartade reaktioner leda till den "nödvändighet" som Jaques Monod talar om, det vill säga den relativt stabila reproduktion som evolutionen sedan kan börja verka på.

I boken Kvantbiologi så argumenterar författarna för att kvantfenomen har betydelse för denna process. De refererar till försök av Marlan Scully vid Princeton och teorier av Apoorva D. Patel i Bangalore. Utan att gå in på detaljerna så finner jag det rimligt om nu all kemi i grunden är kvantkemi. Men de försök som gjorts har ännu inte visat på någon mekanism för hur det har skett.

På det filosofiska planet tillför kvantmekaniken en nivå av slump utöver den "klassiska slump" som uppkomsten av en livgivande ursoppa utgör. Och vidare, när livet väl uppkommit, så måste mekanismerna för reproduktion vara så oerhört stabila att de inte trasas sönder av olika kvantfenomen. Om livet uppkommit på grund av att vissa kvantreaktioner tyglats så har det skett på ett vis som med nödvändighet har upprepats sedan arkeikum.

Tillägg 20180109: Ett anknytande forskningsområde rör metabolism innan livet fanns, något som kan kallas proto-metabolism. Referens inom detta område är Ramanarayanan Krishnamurthy vid Scripps Institut och NASAs centrum för kemisk evolution.