Lecture recomended for What is life? -audience

T cells as a drug for the immunotherapy of cancer Wednesday March 16, 15.00 Wallenberg Auditorium, Nobel Forum, Nobels väg 1, Campus Solna, Karolinska Institutet

Steven A Rosenberg, NIH and KI (foreign adjunct professor). See https://ccr.cancer.gov/Surgery-Branch/steven-a-rosenberg                                                                  Hosts: Matti Sällberg, Ernest Dodoo and Mark Maeurer

Publicerat i Okategoriserade | Lämna en kommentar

Är vi ensamma trots allt?

Den eviga frågan när det gäller liv i universum är huruvida det finns intelligenta varelser på andra planeter som vi kanske en dag kan kommunicera med. Peter D. Ward och Donald Brownlee  är författare till en bok med titeln ”Rare earth, why complex life is uncommon in the universe”. Boken har en intressant tes. Författarna menar att visserligen är liv säkert vanligt nästan överallt i Universum, kanske också i vårt solsystem, men att det handlar om enkelt, mikrobiellt liv. Högre liv i form av växter och djur är däremot sannolikt mycket ovanligt. Huvudskälet till det är att jorden i sig är en mycket speciell planet och dess öde är rätt unikt och det är de mycket speciella förutsättningar hos jorden som har möjlighet det komplexa liv vi ser idag.

Boken är inte ny, första upplagan kom ut för 10 år sedan. Men dess tema förblir högaktuellt och det finns en ganska omfattande artikel på Wikipedia som diskuterar den

(http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_Earth_hypothesis).

Ward (paleontolog) och Brownlee (astronom) går grundligt igenom jordens astronomiska och biologiska historia. Välkända basfakta är att

  • Jorden är ”lagom” stor. Tillräckligt stor för att dess tyngdkraft ska kunna hålla kvar en atmosfär och samtidigt inte för stor så att den blir en jätteplanet bestående mest av gaser utan fast yta.
  • ”Rätt” avstånd ifrån solen för att möjliggöra temperaturer inom ett snävt intervall, ungefär 0-40 C, som passar högre organismer.
  • ”Rätt sol”, en stjärna som levererar ganska konstant strålning under de många miljarder år som krävs för att utveckla högre liv. Samtidigt är den tillräckligt stor (mindre stjärnor lever längre än större) och ger tillräckligt mycket strålning så att jorden kan befinna sig på ett respektfullt avstånd. En ljussvagare stjärna skulle kräva att jorden låg närmare med påföljd att gravitationspåverkan skulle bli större varför rotationen snart skulle bli ”bunden” som månens kring jorden, dvs. en sådan planet vänder alltid samma sida mot stjärnan vilket betyder att det blir så hett att oceanerna kokar bort på ena sidan och det blir iskallt på den andra.
  • ”Rätt metallhalt”, dvs. i en del av Vintergatan där tunga grundämnen som bygger upp det mesta av jorden är vanliga. I andra delar finns områden med mycket liten andel tunga grundämnen.

 

Förutom dessa sedan länge välkända basfakta går författarna in på en lång rad andra faktorer speciella för jorden :

  • En relativt stor måne nära jorden som hjälper till och stabiliserar jordaxeln. Axeln förflyttar sig visserligen en del (precession) men vinkel ändras inte så mycket. Utan en så stor måne skulle axeln kränga betydligt mer under årmillionernas lopp med våldsamma klimatförändringar som följd. Jorden är den enda planeten av sin typ med en stor måne i solsystemet.
  • Ett bra område i Vintergatan med ganska låg stjärntäthet. I de centrala delarna är risken för en närkontakt med en annan stjärna mycket större med risk för kraftig banstörning. Dessutom är risken också mycket större för närbelägna supernovor och andra våldsamma fenomen som kolliderande neutronstjärnor med oerhörda strålningsutbrott som kan vara förödande för livet på ytan också på astronomiska avstånd.
  • Precis så lagom stor och lagom mycket radioaktivitet i sitt inre så att plattektoniken hålls igång. Utan den skulle jorden snart vara nästan helt täckt av hav med förödande effekter för landlivet. För att plattektoniken ska fungera krävs speciella förhållanden. På Venus, som är nästan lika stor som jorden, tycks den inte fungera och på Mars gör den det inte heller. Förutom att tillhandahålla land så anses också plattektoniken viktig i den globala koldioxidcykeln som långsiktigt reglerar klimatet.
  • En jätteplanet, Jupiter på behörigt avstånd. En sådan planet närmare skulle dramatiskt kunna störa banan. Författarna skriver också att Jupiter skyddar jorden ifrån alltför för många nedfallande asteroider men det anses numera tveksamt.

 

Så långt astronomin. Även om det sannolikt finns ett stort antal planeter som uppfyller de översta villkoren minskar antalet kraftigt om också de senare villkoren tas med. Men observera att få av de speciella egenskaperna som listats har någon större betydelse för mikrobiellt liv i underjorden. Det borde alltså kunna vara vanligt i Universum och det är också vad författarna antar.

Nu till biologin. Hur livet uppkom till att börja med är fortfarande höljt i dunkel. Det enda vi med säkerhet vet att på något sätt skedde det och det fungerade alltså i vårt fall och borde även kunna göra det i andra fall. Med det högre livet förhåller det sig annorlunda. Här cirkulerar debatten ofrånkomligen kring ett enda gåtfullt fenomen – den kambriska explosionen. Det var då och enbart då för drygt 500 miljoner år sedan som förfäderna till alla nu högre levande organismer dök upp ganska ”plötsligt” (under ett antal tiotals miljoner år). Under bortåt tre miljarder år hände alltså nästan ingenting och sedan under maximalt 50 miljoner år hände allt. Vad som är värre är att många fler grundplaner till organismer uppkom i samband med den kambriska explosionen än det gör idag; många dog alltså ut. Därefter, har det under 500 miljoner år inte tillkommit en enda ny sorts djur utan det är bara vidareutvecklingar på de gamla typerna! Strax före den kambriska explosionen fanns en liten bisarr fauna som går under namnet den Ediacariska som tycks ha dött ut under Kambrium.

Det är alltså ingen slump att en stor del i boken används till att diskutera den kambriska explosionen. Vad orsakade den? Var den en slump? Och varför bara en gång? Förståelse av den kambriska explosionen är en viktig nyckel till att förstå om högre liv är vanligt i universum. Tyvärr vet vi nästan ingenting men det är ett område som det forskas en hel del på. Evolutionen har haft andra underligheter för sig under jordens utveckling vilka belyses väl i detta sammanhang. Förutom människan är högre organismer märkligt känsliga. De kan i stort sett bara befolka miljöer med temperaturer mellan 0 och 40 C, de kräver syre och kan bara leva genom att äta annat organiskt material eller, som växterna, bedriva fotosyntes. Mikrorganismerna är extremt mycket flexiblare – de kan leva i miljöer mellan -10 och +120 C, de kan leva med och utan syre och de kan leva av oorganiskt material i många former. Man kan tycka att komplexa varelser borde kunna anpassa sig till mycket extremare miljöer än små ömtåliga encelliga varelser men så är inte fallet även om det finns något undantag – björndjuren (tardigrada) är extremt tåliga (men också mycket små < 1 mm) och kan till och med överleva någon veckas rymdvistelse. Först i och med människan har detta blivit möjligt för de högre djuren. Varför?

Vad ska man då tro om författarnas tes i övrigt? Är jorden så speciell så att högre liv borde vara mycket ovanligt? I så fall har vi en förklaring till Fermis paradox som ju säger att vi borde förvänta oss att hitta intelligent liv runt omkring oss.

Det blir mest en åsiktsfråga. Jag håller inte med författarna. Jag uppskattar deras ingående analys av frågeställningen och jag tror också att de har rätt i att jorden är mycket speciell. Men problemet är att alla planeter är speciella. Andra planeter kan ha andra fördelar. Eftersom vi vet så lite om vilka regler som generellt gäller för liv så är det svårt att veta vad som egentligen gynnar det och vad som missgynnar det. Våra erfarenheter av livet på jorden kan visa sig vara ganska missvisande på andra planeter. Tänk om någon utomjording skulle studera Östersjön som enda yttring av livet på jorden och konstatera att fiskar helst leker i 5 gradigt vatten och undviker vatten varmare än 15 grader och dra generella slutsatser av detta! Det är helt enkelt lite dålig fantasi att anta de villkor som gäller här är generella. Snarare är det nog så att livet har anpassat sig till förhållandena på jorden men egentligen kanske det exempelvis skulle ha trivts mycket bättre i en ammoniakatmosfär!

Publicerat i Evolution, Rymden | Lämna en kommentar

Samtal om Vad är liv? i Kunskapskanalen

Ett samtal om Vad är liv? mellan Ingemar Ernberg och Birger Schlaug, se och hör http://urplay.se/162328

Publicerat i Okategoriserade | Lämna en kommentar

Arsenik och gamla bakterier

Den 2 december publicerades en artikel i tidskriften Science som gav ett stort eko bland vetenskapsavdelningarna i världens media (även i svenska, se exempelvis http://www.svd.se/naringsliv/special/innovation/bakterien-som-lever-pa-arsenik_5770107.svd#tw_link_widget). Felisa Wolfe-Simon, geobiokemist, och ett antal medförfattare ansåg sig ha hittat bevis för bakterier som i åtminstone viss utsträckning hade använt arsenik istället för fosfor i vitala delar av cellen, i metabolismen men också till och med i DNA:t som ju innehåller ”fosfatgrupper”. Artikeln är publicerad i Science och kan läsas här : http://www.ironlisa.com/WolfeSimon_etal_Science2010.pdf. En presskonferens om artikeln har hållits av NASA och den kan ses här :http://www.youtube.com/watch?v=JVSJLUIQrA0&feature=player_embedded

De bakterier det är frågan om har fått namnet GFAJ-1 och tillhör troligen släktet Halomonadaceae, alltså en typ av bakterie som lever i ett extremt salta miljöer, en så kallad extremofil. Just den här bakterien har hittats i sjön Mono Lake i Kalifornien. Denna avloppslösa sjö är inte bara väldigt salt (ungefär dubbelt mot världshaven) utan den är också känd för att innehålla höga halter av grundämnet arsenik.  Som de flesta känner till så är arsenik väldigt giftigt. Anledningen till det är, som i många andra fall, att arsenik liknar ett annat ämne som är livsviktigt i kroppen. I detta fall är det fosfor. Arsenik och fosfor befinner sig nära varandra i det periodiska systemet och har liknande kemiska egenskaper. Men om vi och nästan alla andra varelser får i oss arsenik så är visserligen arsenik likt fosfor vilket gör att det börjar konkurrera med det det i våra celler, men det är inte tillräckligt likt för att ge riktig funktionalitet. Resultatet blir istället stark giftverkan.

Bakterien GFAJ-1 är inte unik med att överleva i arsenikrika miljöer. Det finns en del andra bakterier som klarar det och en del kan till och med använda arsenikföreningar i sin ämnesomsättning, alltså som en slags föda. Men det som är helt unikt i GFAJ-1 är att den som hittills enda levande varelse åtminstone delvis kan ersätta fosfor i exempelvis DNA med arsenik.

Detta genererar stort intresse bland astrobiologerna, de som letar efter spår av liv i rymden. Eftersom allt jordliv är besläktat och likartat uppbyggt så känns det lite fantasilöst vilket gör att det är svårt att föreställa sig hur liv skulle kunna vara på andra världar. Men om det finns åtminstone en sorts bakterie även på jorden som klarar sig (till stor del, åtminstone) utan ett normalt livsviktigt ämne som fosfor så är detta mycket intressant. Kanske finns det bakterier med än mer exotiska egenskaper?

Det är viktigt att vara klar över att ingen tror att GFAJ-1 representerar något riktigt exotiskt liv. Istället är det klart att den har från mer normala former anpassat sig till den väldigt extrema miljön i Mono Lake (och kanske på andra platser).

Naturligtvis finns det många som tvivlar på att dessa resultat är korrekta. Hur vet man att exempelvis DNA:t faktiskt har arsenik som byggelement inne i spiralen? Ja, detta är förstås inte lätt att helt säkert fastställa. Författarna har använt en rad avancerade analysmetoder på innovativa sätt. Exempel på det är ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectroscopy), NanoSIMS (high resolution ion mass spectroscopy) , µEXAFS (Micro extended X-ray absorption fine structure), och µXANES (Micro X-ray absorption near edge spectroscopy) för att nämna några. Samtidigt har de förstås på vanligt sätt jobbat i mycket rena miljöer och haft ett antal olika prover att jämföra med samt givetrvis även kontrollprover. En del har alltså haft hög arsenikhalt men låg fosforhalt och andra har haft tvärtom. Elektronmikroskopbilder visar intressant nog att bakterierna ser annorlunda ut med höga arsenikhalter. De växer och förökar sig i den  arsenikrika fasen men mår ännu bättre då det faktiskt finns fosfor.  Med de avancerade analysmetoderna har de visat att arsenikatomerna finns precis där man skulle vänta sig om de som förmodat faktiskt ingår i de olika livsmolekylerna. Men ännu bättre bevis krävs för att övertyga alla.

Detta är hursomhelst en mycket spännande upptäckt som säkert har sporrat många forskargrupper att leta efter mer exotiskt liv mitt ibland oss. Slutligen är det intressant att spekulera kring livet i Mono Lake. Denna sjö är alls inte steril som man kunde tro utan huserar en speciell sorts saltsjöräka som är mycket populär bland fåglar. Även människor, indianer, har tydligen levt nära sjön och historiskt livnärt sig på fluglarver(!) Man kan fråga sig vilken inverkan denna starkt arsenikrika sjö har haft på sin omvärld och hur naturen har kunnat klara den giftiga arseniken så väl.

Publicerat i Mikroorganismer | Lämna en kommentar

Bokpresentation på ABF Stockholm torsdag 2 december 2010

Torsdag den 2 december kl. 18 finns möjlighet att få se och höra och ställa frågor till alla 8 författarna av boken ”Vad är liv i kosmos, i cellen, i människan?”. Evenemanget äger rum i ABF Stockholms lokaler på Sveavägen 41. Inträde 50 kr. Läs mer på http://www.abfstockholm.se/kalendarium/Vad_ar_liv/index.htm. Varmt välkomna!

Publicerat i Information | Lämna en kommentar

Extragalaktiskt liv?

Svenska Dagbladet rapporterar idag om ett fynd av en extragalaktisk planet, alltså en planet som kommer ifrån en annan galax. Det är fråga om en jätteplanet, större än jupiter. Den lär alltså bestå av gas rätt igenom. Rent teoretiskt kunde man ha tänkt sig att den här planeten skulle, i likhet med våra jätteplaneter, på någon lämplig höjd hypotetiskt ha kunnat ha härbärgerat något liv. Detta liv skulle därmed ha kunnat ha hängt med ifrån någon annan galax och hamnat i vår!

     För just den här planeten är detta dock mycket otroligt. Dess moderstjärna är nämligen vad astronomerna kallar ”metallfattig”, det vill säga det finns väldigt lite av andra ämnen än väte och helium. I själva verket anser man det märkligt att planeten alls kunde bildas. Dessutom cirkluerar planeten väldigt nära sin heta moderstjärna som har strålat ut ännu mer energi i det nära förgångna (dvs. för ett antal årmiljoner sedan – detta är astronomi!) så eventuellt jordliknande liv är förbränt. Möjligen för mycket länge sedan om planeten från början gick i en bana mycket längre ut och då stjärnan var mycket ljussvagare men den låga halten tunga ämnen gör detta otroligt.

Det spännande är dock att detta är det första om än inte särskilt förvånande exemplet på en stjärnor som härrör ifrån en annan galax tar med sig sina planeter till vår galax, Vintergatan. Sådana utifrån kommande stjärnor finns det gott om i Vintergatan. Liv kan alltså på detta sätt blandas mellan olika galaxer. Ett välriktat meteoritnedfall kan slå loss en bit ur en jordliknande planet som härstammar ifrån en annan galax och denna skärva kan sedan efter årmiljoner slå ned på en annan planet, kanske vår egen, och därmed ta med sig liv. Verkligheten kanske är underbarare än dikten?

Publicerat i Rymden | Lämna en kommentar

Perfekt evolution?

Ett av de traditionella argumenten för evolutionen är att vi trots allt inte är perfekta. Hade vi varit skapade så skulle nog en och annan design ha varit bättre. Som exempel på detta brukar nämnas ögat vars näthinna kan sägas vara ut och in, dvs. de ljuskänsliga cellerna är på ”fel” sida vilket betyder att vi får en blind fläck där synnerven går ut. Ett annat exempel är vårt komplicerade svalg där luftstrupe och matstrupe blandas på ett sätt som kunde ha gjorts bättre.

Men att våra organ ändå är märkligt perfekta handlar en artikel i New York Times om som publicerades för några veckor sedan.

http://www.nytimes.com/2010/11/02/science/02angier.html?ref=evolution

De ljuskänsliga cellerna i ögat verkar nära den teoretiska gränsen och kan därför sägas vara nästan så bra som de kan vara. De kan i vissa fall upptäcka enstaka fotoner, ljuspartiklar, vilket är den minsta mängd ljus som kan existera.

Ögat är ett exempel på en princip som även gäller många andra organ och organismer. Effektiviteten med vilken bakterier följer näringsströmmar, hur ett fruktflugeembryo kan organisera och hitta skillnaden mellan huvud och bakkropp och hur en haj kan hitta sitt byte genom att hitta oerhört svaga elektriska fält (1 milliondels volt per meter) är exempel på detta. Forskaren Douglas Field har sagt att de fält en haj kan upptäcka motsvarar de som ett vanligt 1,5 V R6 batteri genererar då den ena polen sätts i ”Long Island Sound och den andra i Florida”!

Även människokroppen är mycket perfekt. Vi gör många rörelser om och om igen men varje gång är det lite olika. ”Vi är bättre designade än någon robot”, säger neurobiologen Emanuel Torov. Hjärnan fokuserar suveränt på vad som ska åstadkommas och undertrycker brus och annan felaktig information. ”Vad spelar det för roll om armbågen är vänd åt sidan eller neråt eller att handleden är vriden, så länge vi kan hitta ljusknappen?”.

Strategin som vi omedvetet använder för att utföra rörelser, att ständigt variera och tillåta en viss variation och visst brus, leder förvånande nog till det bästa resultatet. Att släppa lite på kontrollen ger alltså bättre kontroll än att försöka gör den perfekt då mycket energi spenderas på att finjustera bruset.

Hjärnans ”kretsdiagram” är också optimalt miniatyriserat ända till den fysikaliska gränsen för signalstabilitet.

Vi kan alltså dra slutsatsen är evolutionen är extremt effektiv på att hitta riktigt bra lösningar. Detta kan sägas vara lite förvånande eftersom man kunde förvänta sig att evolutionen främst skulle vara bra på att hitta ett ”lokalt maximum”. En liknelse är en bergstigare som klättrar upp på första bästa topp och klamrar sig fast vid den och kan därmed aldrig hitta till de högsta topparna.

Publicerat i Evolution | Lämna en kommentar

Sequencing the oceans?

En svar på Ingemars fråga. Nej, vad Craig Venter har hittat är miljontals nya gener. Antalet arter är inte så stort, jag har sett siffran 1800. Nu är arter förstås inte så väldefinierat när det gäller mikroorganismer.

Publicerat i Mikroorganismer | Lämna en kommentar

Föreläsning torsdag den 4 november 2010 i serien ”What is Life?”

Professorn i teoretisk fysik Ulf Danielsson kommer att hålla en föreläsning i serien ”What is Life?” torsdagen den 4:e november kl 15:00 med titeln ”Is it all physics?”. Föreläsningen hålls på engelska och är avsedd för en allmän akademisk publik. Ulf Danielsson har gjort sig känd som en popularisator av fysik, bland annat med boken ”Den bästa av världar”. Föreläsningen hålls i Karolinska Institutets lokaler i Petrénsalen med adressen Nobels Väg 12B. Alla är välkomna. Efter föreläsningen ges möjlighet till diskussion med föredragshållaren.

Publicerat i Information | Lämna en kommentar

Ny föreläsning torsdag den 28 oktober i serien What is life?”

En föreläsning med titeln ”Viewing cancer through an evolutionary lens” kommer att hållas av professor Gerard Evans från Cambridgeuniversitet i England den 28 oktober kl. 15 :00 i serien ”What is Life?”. Föreläsningen hålls på engelska och är avsedd för en blandad akademisk publik. Alla är välkomna. Föreläsningen hålls i salen ”Andreas Vesalius”, Berzeliuslaboratoriet, Berzelius Väg 3, Solna. Efteråt finns möjlighet att delta i en diskussion med föredragshållaren.

Publicerat i Information | Lämna en kommentar