Författare

Denna skribent har ännu inte fyllt i någon information.
So far the författare has created 2 blog entries.

Om inlägget

av Publicerat: 13 september 2023Ämnen: Vetenskap och troKommentarer inaktiverade för Icke-konservationsprincipen i biologiEtiketter: , , 1836 ord9 minuters läsningvisningar: 283

Dela inlägget!

Icke-konservationsprincipen i biologi

Redaktörens kommentar: Denna artikel är skriven av Sy Garte och är översatt av Jacob.



Del 1

Det går inte att förneka att biologi är en form av kemi. Biologi härrör från och beror på alla kemins regler, inklusive jämvikt, reaktionskinetik, katalys, organisk syntes, hydrolys, entropi, etc. Biologi är dock en form av kemi som inte ses någon annanstans i universum. Biologi har framväxande egenskaper som inte tillåter de kemiska reglerna vi känner från enkel kemi att helt (eller till och med delvis) förklara beteendet hos biologiska system.

Vid första anblicken är den viktigaste särskiljande egenskapen för biologisk kemi från icke-biologisk kemi, graden av komplexitet som finns i levande organismer. Flera hundra tillväxtfaktorer, cykliner, kinaser, molekylära omkopplare, kaskadsystem, igenkänningssignaler, signalomvandlare, receptorer och diverse andra proteinfaktorer har identifierats inom just de relaterade områdena transkriptionell reglering och celltillväxtkontroll. Alla dessa kemiska enheter interagerar på komplexa koncentrationsberoende sätt med varandra och med andra faktorer. Detsamma gäller för energiomvandling, homeostas, reproduktion och alla andra funktionella egenskaper hos levande celler. Lägg till en högre nivå av fysiologisk komplexitet för flercelliga organismer, och vi har ytterligare framväxande egenskaper som vi kan se i livet runt omkring oss.

Men det är inte bara den enorma graden av komplexitet i sig som gör biologin fundamentalt annorlunda från den kemi och fysik som den uppstod ur. Den utmärkande faktorn för biologiska enheter är att det inte finns någon bevarandelag för livet. Livet kan skapas och förstöras. Levande varelser bildas från andra levande varelser, och förstörelsen av liv (definierad som död) är oåterkallelig.

Den biologiska icke-konserveringsprincipen bryter inte mot de fysiska lagarna för bevarande, för när en biologisk enhet dör förstörs bara dess biologiska attribut. Organismens materia och energi varken skapas eller förstörs utan bevaras eller omvandlas enligt fysikens lagar.

Den fysiska lagen om energi och materiabevarande kan uttryckas med den enkla ekvationen:

där X är summan av energi och materia i ett system, och T är tid. Det sker ingen förändring i det totala energi- och materia-innehållet i systemet med tiden. Därför är X = K, en konstant.

Om Y är summan av biologiska enheter, är en enkel analog av den första ekvationen

där förändringshastigheten i Y kan vara allt från negativ till 0 till positiv, beroende på de relativa värdena för födelsetalen (dB/dT) och dödsfrekvensen (dD/dT). Värdet för Y kan när som helst sträcka sig från 0 (släckning) till C, systemets maximala bärförmåga för livet. Detta indikerar att liv inte är bevarat – det kan skapas eller förstöras.

Icke-konserveringsprincipen (NCP) skiljer liv från alla andra former av energi och materia och leder direkt till några av de viktiga lagarna och attributen för biologiska system. Fysiska och kemiska regler kan användas för att beskriva verkan av ett enzym eller energiflödet i en cell, men på högre nivåer av biologisk organisation är fysiska lagar inte till stor nytta, och unika biologiska lagar som tar hänsyn till NCP är nödvändig. Den viktigaste av dessa är evolution genom naturligt urval, som är helt beroende av NCP. Utan biologisk död skulle det naturliga urvalet inte kunna fungera. Det är kravet på död, såväl som kravet på nedärvning av egenskaper, som gör evolutionen till en biologisk konstruktion, inte direkt tillämpbar (förutom i mycket allmänna analogier) på icke-biologiska system.

Organismer dör när de komplexa kemiska interaktionerna mellan hundratals till tusentals molekyler inte längre fungerar på ett sätt att upprätthålla kemisk homeostas. Det är inte lika troligt att organismer dör, och det faktum gör att naturligt urval kan ske. Eftersom naturligt urval måste gynna överlevnad (per definition), utvecklas biologiska varelser med en teleonomisk (Mayrs term för programmerad teleologi inom biologi) mot ökad kondition. Således blir varelser bättre anpassade till sina miljöer, och nya funktioner uppstår. Detta är inte alls bevis eller ens indikation på extern design, men det är bevis för en intern design. Jag kan nämna att Daniel Dennett är en förespråkare för biologisk teleologi, så idén är uppenbarligen inte teistisk i sig.

Den reduktionistiska frestelsen att avfärda existensen av rent biologiska lagar i studiet av biologi är ett filosofiskt misstag som sannolikt har varit ett hinder för framsteg i vår förståelse av livet. Många moderna biologer har förkastat denna uppfattning och ägnat sig åt ett spännande utforskande av hur komplexitet och framväxt kan leda till stora insikter i biologisk teori. Jag anser att ett erkännande av principen om icke-bevarande inom biologi borde vara en viktig del av den utforskningen.

Del 2

Vi har sett i förra inlägget (del 1) att livet inte bevaras, medan materia och energi är det. Vi vet att livet är ett framväxande fenomen från komplexa kemiska interaktioner. Som diskuterades i förra inlägget finns det en mängd komplexa system som också uppstår från fysiska och kemiska interaktioner som inte är levande. En storm uppstår från en speciell uppsättning omständigheter som involverar temperatur, luftfuktighet, tryck och vind, och några av dessa (som vind) är i sig framväxande fenomen av mer grundläggande komponenter (som temperaturgradienter i atmosfären). En storm, som ett komplext system, kan sägas födas som ett resultat av oavsiktliga konfigurationer som uppstår tillsammans på rätt plats vid rätt tidpunkt. Stormen kommer att pågå under en period (dess ”livstid”), och sedan ”dö” eftersom de faktorer som håller den i homeostas antingen försvinner eller förändras på grund av andra slumpmässiga, oavsiktliga händelser. Om temperaturförhållandena och andra faktorer är rätta, kan en slumpmässig kollision mellan två molekyler i atmosfären eller havet leda till en kemisk reaktion, som producerar ”födelse” av en ny förening. Den föreningen kommer också att finnas kvar tills den i sin tur bryts ned av ytterligare kemiska interaktioner, hydrolys eller sönderdelning.

Dessutom verkar det som att de processer genom vilka komplexa system avslutas eller förstörs har mycket gemensamt, oavsett om dessa system lever eller inte. I varje fall är det inte materia eller energi som går förlorad, utan komplexiteten och regelbundenhet i själva systemet. I varje fall går homeostasen eller underhållet av systemet sönder. En storm färdas över land och skingra dess energi; vinden lägger sig, regnmolnen sprider sig. En komplex kemisk förening genomgår hydrolys, bindningar bryts och kemikalien omvandlas till en enklare. En stjärna får slut på kärnbränsle. Ibland är sådana dödshändelser oavsiktliga, och ibland är de en oundviklig, förutsägbar del av systemets process.

Dessa system, även om de delar egenskaperna komplexitet, uppkomst och nedbrytning med livet, genomgår inte naturligt urval, eftersom (som vi såg i förra inlägget), de saknar arv: de har inget inneboende informationsinnehåll som skickas till avkomma.

Men det finns en annan stor skillnad mellan liv och icke-liv som inte kan förklaras av fysiska lagar. Och det är teleologi. Livet fungerar med syfte – det är målinriktat. Det är ett anmärkningsvärt och mycket kontroversiellt uttalande, men det är bevisligen sant. De flesta människor kommer att hålla med om att icke-biologiska naturhändelser är dysteleologiska: de inträffar utan syfte, ingen myndighet som vägleder dem annat än relevanta fysiska lagar och naturliga förhållanden. Det finns inga agenter som bestämmer när en vulkan ska få ett utbrott förutom ackumuleringen av krafter – krafter som inte följer någon plan och som inte är organiserade mot något syfte. Detsamma gäller för stjärnfödelse, supernovor, stormar eller spontana kemiska reaktioner. Många kommer att tro att detsamma gäller för biologiska system, men det är lätt motbevisat, åtminstone för moderna system (vilket betyder allt liv sedan LUCA).

Under nästan hela vår planets historia har nya levande former skapats från andra levande former. Dessutom är denna process, som vi kallar reproduktion, planerad, ändamålsenlig och styrd av specifika biokemiska processer. Varje levande varelse på jorden idag är resultatet av en teleologisk process inbyggd i alla levande varelsers normala funktion genom miljarder år av evolution genom naturligt urval. De kritiska biokemiska vägarna som gör livet ändamålsenligt är replikering av den genetiska informationen, reproduktion av organismen och översättning av den genetiska informationen till biologiska egenskaper (kopplingen mellan genotyp och fenotyp).

Var och en av dessa biokemiska processer är mycket ändamålsenliga. De inträffar inte slumpmässigt, beroende på oavsiktliga uppkomster av krafter eller material, men är väl kontrollerade och mycket specifika i timing och resultat. Agenten för dessa processer (liksom för alla andra processer som krävs för livet, såsom energiomvandling, biokemisk syntes och homeostatis) är den levande organismen själv. Även om detta kan tyckas vara ett cirkulärt uttalande, följer det direkt av den unika biologiska lagen om naturligt urval.

Varje allel p som bevaras och ärvs, och som leder till en ökning av dY/dT, kommer att öka i populationen enligt populationsgenetiklagen för urval:

där S är urvalskoefficienten relaterad till kondition. Därför resulterar ett starkt selektionstryck för alleler (eller nya gener) som ökar organismernas förmåga att engagera sig i de aktiviteter (såsom reproduktion eller translation) som kommer att upprätthålla deras existens i en ständigt ökande dY/dT (vilket betyder att den andra derivatan är positiv).

Celler bestämmer sig inte för att förbättra sig själva, men det gör evolutionära processer. Och detta är unikt för biologi. Inget stormsystem bryr sig om det dör ut eller inte ger upphov till ytterligare en storm. Men bakterier, ekar och delfiner bryr sig. Inte medvetet förstås, men i takt med att livet blir mer och mer komplext kan vi börja se en verklig vilja att överleva (också en del av den evolutionära utvecklingen) så att djur kommer att fly från rovdjur, och föräldrar kommer att skydda avkomman.

Detta var inte vad Aristoteles hade i åtanke med sin Telos. Det är en automatisk, omedveten form av syfte (ibland kallad intern teleologi eller teleonomi), men det är fortfarande syfte, och att förneka dess existens i livsformer är att helt förneka en av biologins mest grundläggande principer, en princip som följer direkt från NCP och från evolution genom naturligt urval.

Just nu på bloggen

Facebook

Comments Box SVG iconsUsed for the like, share, comment, and reaction icons
Att dekonstruera sin tro är hetare än någonsin! Passande nog har anmälan till vårens konferens har öppnat! Våga fråga - att ifrågasätta sin tro utan att bli svarslös. Konferensen kommer att ta upp varför folk lämnar kyrkan och de skäl som ofta ligger bakom. Välkomna!
Mer info och anmälan här:  https://apologia.se/vaga-fraga/

Att dekonstruera sin tro är hetare än någonsin! Passande nog har anmälan till vårens konferens har öppnat! "Våga fråga - att ifrågasätta sin tro utan att bli svarslös." Konferensen kommer att ta upp varför folk lämnar kyrkan och de skäl som ofta ligger bakom. Välkomna!
Mer info och anmälan här: apologia.se/vaga-fraga/
... Läs merLäs mindre

4 weeks ago
Visa mer