Fördjupning: Informationens ursprung

Den här texten handlar om information. Och inte vilken information som helst, utan informationen i våra celler. Aristoteles ansåg att organismer inte kunde förklaras enbart materiellt. Förutom deras materia menade han nämligen att liv också består av form, vilken beskriver dess väsen (essens eller komplexitet). Det kan komma som en överraskning att denna tanke även lever bland dagens vetenskapsmän, framförallt inom det biologiska fältet, och att språkdräkten är nästan identisk med den på Aristoteles tid. Aristoteles idé om ”form” beskrivs numera av vetenskapsmän som ”information”, vilken ger materian – alltså organismen – dess form. Biologen Richard Dawkins beskriver det hela på följande sätt:

“Själva essensen i alla levande ting består inte av eld, inte av varm andedräkt, inte av någon ”livsgnista”. Den består av information, ord, in­struktioner. Om man behöver en metafor ska man inte tänka på eldar eller gnistor eller andedräkt. Man kan istället tänka sig en miljard enskilda, digitala tecken, graverade i tavlor av kristall. Om man vill förstå vad livet är, ska man inte föreställa sig pulserande gelé eller slem, man ska föreställa sig informationsteknik.”[1]

Den informationsteknik som Dawkins talar om är den genetiska infor­mationen: “I dag vet vi att generna själva, i sin minimalt lilla inre värld, består av långa trådar med renodlat digital information. Dessutom är de verkligt digitala i samma bemärkelse som datorer och CD-skivor – och alltså inte i samma vaga mening som nervsystemet är digitalt.”[2]

DNA-kodens informationslagring

När levande organismer fortplantar sig överförs information från föräldrarna till barnen. Denna information innehåller beskrivningar av hur en vuxen individ ska konstrueras från en enstaka cell. Informationen är digital, vilket betyder att den kan beskrivas med ett visst antal specifika tecken, ungefär som informationen i en bok. Alla levande varelser på jorden innehåller denna digitala information, som brukar kallas för den genetiska koden eller DNA-kod. Precis som en hårddisk innehåller information som beskriver hur datorprogrammen ska fungera, innehåller DNA-koden information som beskriver hur proteiner, cellens arbetshästar, ska konstrueras.

Siffrorna kring detta är svindlande. En människas kropp består av mellan tio och hundra biljoner celler, beroende på hur gammal man är. Var och en av dessa celler, röda blodkroppar undantagna, innehåller exakt samma genetiska information bestående av runt tre miljarder digitala tecken. Detta motsvarar informationen i 12 000 böcker på 160 sidor var. Densiteten hos informationen är vidare mycket hög – ett gram DNA innehåller lika mycket information som en biljon CD-skivor. Annorlunda uttryckt är informationslagringen i ett gram DNA en biljon gånger bättre än en CD-skiva. Om informationen i det DNA som ryms i en volym motsvarande ett knappnålshuvud skulle skrivas ut i bokform, skulle boktraven bli 500 gånger högre än avståndet mellan jorden och månen. Om man vecklade ut alla DNA-molekyler i en människocell, skulle den totala längden bli två meter. Och eftersom en vuxen människokropp består av 100 biljoner celler, innebär det att längden av allt DNA från alla celler i en vuxen människokropp blir två hundra biljoner meter, mer än sexhundra resor mellan jorden och solen tur och retur!

DNA-kodens uppbyggnad

Den genetiska koden är en endimensionell kod som består av fyra så kallade nukleotider, A, C, G och T, där tre nukleotider tillsam­mans kodar för någon av tjugo olika aminosyror. Exempelvis kodar AAG ACA GGT för aminosyrorna lysin, treonin och glycin. Amino­syrorna är byggstenar i proteiner, och DNA-koden beskriver i vilken ordning dessa aminosyror ska sättas ihop. Sekvensen av aminosyror be­stämmer proteinets tredimensionella struktur, och den tredimensionella strukturen avgör i sin tur proteinets funktion. Eftersom proteiner är inblandade i så gott som alla reaktioner som sker i en cell, och inga pro­teiner kan bildas utan den genetiska informationen i DNA-molekylen, kan DNA verkligen sägas vara ”livets molekyl”.

För att förstå hur den genetiska koden fungerar kan man jämföra den med morsekod. Morsealfabetet använder två tecken, en lång puls och en kort puls samt paus, medan DNA-alfabetet använder de fyra nukleotiderna A, C, G och T. DNA-molekylen är en dubbelsträngad spiralformad molekyl, där A på den ena strängen alltid är hopparad med T på den andra strängen och C alltid är hopparad med G. Den ena av strängarna benämns den kodande strängen, medan den andra benämns den komplementära strängen. När man skriver ut den genetiska koden skrivs enbart den kodande strängen ut, till exempel AAGACAGGT som är en liten del av genen som kodar för proteinet hemoglobin B. Bokstäverna i internationella morsealfabetet byggs i sin tur upp av mellan ett och fem teck­en, exempelvis … för S, medan bokstäverna, även kallade kodoner, i DNA-koden alltid består av tre tecken. Exempelvis kodar kodonet AAG för aminosyran lysin, och kodonet ACA kodar för treonin. På grund av detta är det möjligt för DNA-koden att läsas kontinuerligt, medan bokstäverna i morsekoden särskiljs med en paus. Precis som morse­meddelanden börjar DNA-koden med meddelandets första bokstav, och precis som morsekoden har DNA-koden speciella stoppsignaler. På samma sätt som en morsekod kan användas för att skicka information om hur man ska konstruera en maskin, innehåller DNA-molekylen information som beskriver hur cellens proteiner ska konstrueras.

Figurtext: Tabellen visar den genetiska standardkoden för de aminosyror som svarar mot de olika kodonerna. Det finns 64 möjliga kodoner men endast 20 aminosyror. Viss information går därför förlorad i översättningsprocessen från DNA-kod till proteiner; den genetiska koden sägs därför vara degenerativ.

Information – varken materia eller energi

Hur ska vi beskriva denna information? Den amerikanske matematikern Norbert Wiener har skrivit att infor­mation är fysikalisk i bemärkelsen att den lyder under naturlagarna och kan studeras med vetenskapliga metoder. Men Wiener betonar att ”in­formation är information, varken materia eller energi. En materialism som inte erkänner detta kan inte överleva dagen.”[3] Vad Wiener beskri­ver är information i rent matematisk bemärkelse, så kallad statistisk eller syntaktisk information. Detta är själva koden eller transportmedlet för budskapet. Det kan vara morsekod, genetisk kod, röksignaler eller väg­skyltar. I denna bemärkelse är den genetiska koden matematiskt identisk med vilken annan text som helst. Men den biologiska informationen har dessutom ett semantiskt innehåll eller en ”funktionell innebörd” som är svårare att beskriva matematiskt. Skillnaden mellan syntaktisk och semantisk information kan enkelt illustreras med en bibliotekarie som får frågan var det finns böcker om numismatik. Hon vet inte vad ordet ”numismatik” betyder, men knappar in ordet i datorn och får svaret ”sektion 43, hylla 17”. Hon har då behandlat informationen syntaktiskt, men har inte förstått den semantiska nivån, det vill säga betydelsen av ordet ”numismatik”. (Numismatik är vetenskapen om mynt och medaljer.)

Den text du just nu läser innehåller på samma sätt information som kan beskrivas syntaktiskt genom statistiska analyser, men det finns även ett semantiskt innehåll som kännetecknas av ett meningsfullt budskap – något som inte vore fallet om bokstäverna hade varit skrivna genom slumpmässig naturlig process. Information är centralt i vårt kunskapssamhälle, och det faktum att vi spenderar en hel del pengar på böcker och mjukvara visar att vi betraktar det som lika verkligt som materia och energi men samtidigt väsensskilt från dessa båda storheter. Wiener betonar att information inte kan reduceras till vare sig materia eller energi. Informationen i den här texten är densamma oavsett om den läses i trycksvärta, på en datorskärm eller lyssnas på med morsekod. Om någon läser ett avsnitt ur boken i en telefon så får mottagaren samma information. Ingen materia färdas genom telefonlinjen från sändaren till mottagaren, men information transporteras likväl. Information är alltså inte materiell till sin natur, även om den kan förmedlas via materia.

Någon kanske invänder att bokstäverna i denna text enbart lyder under kemins och fysikens lagar och kan förklaras genom egenskaperna hos trycksvärta och papper, alternativt ettor och nollor i en dators minne, och att semantisk information därmed kan reduceras till syntaktisk information. Men det stämmer inte. För om samma information kan uttryckas både med trycksvärta och med elektronik, kan den inte reduceras till något av detta. Dessutom fanns informationen i författarens medvetande innan den skrevs ned. Papper och trycksvärta skriver inte meddelanden – medvetna varelser gör det. De fysikaliska och kemiska lagarna säger ingenting om i vilken ordning bokstäverna i Scrabble (Alfapet) ska ligga, det är först när en medveten varelse placerar bokstäverna i en viss ordning som informationen får en mening. Det är möjligt att låta en robot flytta bokstäverna och lägga dem i en ordning så att de får en mening, men en medveten varelse måste då på något sätt ha instruerat roboten i hur det ska göras genom att ”lära den” vad som är ett meningsfullt meddelande.

Erfarenheten säger oss att information med ett budskap (semantisk information) alltid har en medveten avsändare, och det är rimligt att tro att detta gäller även för DNA-koden. Så även om den semantiska informationen är intressant, låt oss fokusera på information i syntaktisk bemärkelse. Hubert Yockey, en av de främsta experterna inom biologiskt tillämpad informationsteori, skriver: “Mekanistreduktionisternas tro att de kemiska processerna i levande materia inte principiellt skiljer sig från dem i död materia är felaktig. Vi har inga spår av meddelanden som styr resultatet för kemiska reak­tioner i ickelevande materia. Om de genetiska processerna enbart var komplicerad biokemi, skulle massverkanslagar och termodynamik styra placeringen av aminosyror i proteinsekvenserna.”[4] Om Yockey och Wiener har rätt i att information inte kan reduceras till materia, ligger det nära till hands att anta en åtminstone delvis icke materiell förklaring till den genetiska informationens uppkomst. Vad kan en sådan förklaring bestå av?

Design som den bästa förklaringen

Trots att Dawkins medger att information är central för livet, ägnar han mycket litet utrymme åt frågan om dess uppkomst. Dock ger han oss en ledtråd när han skriver att ”genernas maskinkod är förbluffande lik datorernas”.[5] Bill Gates hade liknande tankegångar när han skrev att ”DNA är som ett datorprogram, men mycket mer avancerat än någon mjukvara som någonsin skapats.”[6] Datorprogram uppstår inte av sig själva, vare sig genom slumpprocesser, naturlagar eller någon kombination därav. Datorprogram betraktar vi i stället som medvetet konstruerade med en bakomliggande designtanke. Detta gäller även om man sedan kan optimera programmet genom automatiserade processer såsom evolutionära algoritmer och artificiell intelligens, för även dessa algoritmer är konstruerade. Matematikern John Lennox har påpekat att DNA-koden och ett mänskligt uppslagsverk eller ett datorprogram inte bara har snarlika utan också identiska egenskaper, däribland möjligheten att lagra information, något som – i de fall den bakomliggande historien är känd – utan undantag härstammar från design.[7] Lennox får medhåll av Hubert Yockey: “Det är viktigt att förstå att vi inte resonerar utifrån analogi. Sekvenshypotesen (att den genetiska koden i grunden fungerar som en bok) är direkt tillämpbar såväl på proteiner som på den genetiska texten och på det skrivna språket, och följaktligen behandlar man dem matematiskt exakt likadant.”[8]

Analogi handlar om att jämföra olika grader av likhet, men i det här fallet står vi inför en kod som är matematiskt identisk med vilken text som helst. Alltså, skriver Lennox, argumenterar vi inte utifrån analogi utan gör helt enkelt en härledning till den bästa förklaringen av våra observationer, en procedur som brukar kallas abduktion. Och, fortsätter Lennox, händelser som vi vet kan åstadkomma en observerbar effekt är en bättre förklaring till sådana effekter än både händelser som vi inte vet om de kan åstadkomma sådana effekter och händelser som vi vet inte kan åstadkomma dem.

Att göra en härledning till den bästa förklaringen och sluta sig till förekomst av design är mycket vanligt inom vetenskapen. Några få märken på en flintasten eller ett lerkärl räcker för att en arkeolog ska dra slutsatsen att design är en del av orsakshistorien. Även om det är teoretiskt möjligt att förklara föremålen med hjälp av vattnets vittrande verkan skulle vi i praktiken aldrig dra den slutsatsen. Inte bara inom arkeologi utan också inom kriminalteknik, syntetisk biologi, kryptografi och datorvetenskap är härledningar till design vanliga. Inom forensisk mikrobiologi letar man efter tecken på design för att avgöra om storskaliga sjukdomsutbrott har naturliga orsaker eller är resultat av biologisk krigföring.

Förekomsten av en kod är alltså något vi förknippar med design. I det samarbete bland astronomer som kallas för SETI-projektet använder man sig av radioteleskop för att försöka särskilja spår av utomjordisk intelligens från det intergalaktiska bruset. Ännu har man inte hittat nå­gon tydlig indikation på utomjordisk intelligens, men en grundpremiss för projektet är att förekomsten av en kodad signal kan åberopas som stöd för intelligent liv. Varje annat känt exempel på en kodad signal har sitt ursprung i intelligens, och en vetenskapsman vars arbetshypotes är att även DNA-koden har ett intelligent upphov kan därför knappast anses vara naiv, då detta är vad en härledning till den bästa förklaringen leder till. Det är alltså helt rimligt att misstänka design bakom DNA-koden av inget annat skäl än förekomsten av själva koden.

Jämför själv dessa två påståenden och fråga dig vilket som är mest rationellt: ”På grund av förekomsten av en kod misstänker jag en intelligent orsak bakom livets uppkomst” eller: ”På grund av förekomsten av en kod misstänker jag en ickeintelligent orsak bakom livets uppkomst”. Helt klart är det första påståendet rimligare. Koder tyder på ett in­telligent snarare än ett ickeintelligent upphov. Detta förklarar i så fall varför den genetiska koden är matematiskt identisk med lingvistiska texter och datorprogram: Den har en intelligent avsändare.

Sebastian Ibstedt

[1] Richard Dawkins, Den blinde urmakaren (Stockholm: Wahlström & Widstrand, 1988), s 118.

[2] Richard Dawkins, Livets flod: En modern darwinists syn på utvecklingen (Stockholm: Natur och kultur, 1996), s 12.

[3] Norbert Wiener, Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine (MIT Press 2019), s 197.

[4] Hubert P. Yockey, Information Theory, Evolution, and the Origin of Life (Cambridge: Cambridge University Press 2005), s 5.

[5] Richard Dawkins, Livets flod, s 24.

[6] Bill Gates, The Road Ahead (Viking Press 1995), s 228.

[7] John C. Lennox, Guds dödgrävare: har vetenskapen begravt Gud? (Stockholm: CredoAkademin 2010), s 232.

[8] Hubert P Yockey, “Self Organization Origin of Life Scenarios and Information Theory” i Journal of Theoretical Biology 91/1981 (1): 16.