Tveksamheter i svenska läromedel:

Introduktion läromedelsgranskning

I en tid där internet i allmänhet och sociala medier i synnerhet erbjuder ett sammelsurium av fakta och faktoider, vetenskap och pseudovetenskap, välbelagda teorier och konspirationsteorier, brukar skolans läromedel ses som en garant för sanning och objektivitet....

Livets uppkomst I: Spira Biologi 1 (Liber förlag)

Lärobokens författare inleder avsnittet med att konstatera att ”alla fakta om levande organismers kemiska uppbyggnad tyder på ett gemensamt ursprung”. Man konstaterar att allt levande också har ”ett gemensamt språk” och att informationsbärande molekyler som kan...

Livets uppkomst II: Synpunkt Naturkunskap 2 (Gleerups förlag)

Även naturkunskapsbokens författare refererar till ovanstående förmodade sammansättning av jordens uratmosfär och till Millers experiment (dock utan att nämna honom vid namn). Dessutom refererar man till den grunda lerpöl som Charles Darwin tänkte sig var den miljö...

Avslutning och sammanfattning

Författarna till Spira betraktar det som tämligen säkert att livet uppkommit ungefär som det beskrivs i texterna. Exakt hur det gått till lämnas mer öppet. I boken Spira förekommer 26 ”värdeord” som uttrycker säkerhet respektive osäkerhet i avsnittet om livets...

Biologisk evolution I: Introduktion

Del 2 av denna läromedelsgranskning blir lite mer omfattande, och berör frågorna om biologisk evolution. För enkelhets skull nöjer vi oss med att granska materialet Spira 1, då detta är en biologibok som av naturliga skäl är mer ingående än Naturkunskap 2. Det finns...

Biologisk evolution II: Mutationer

Kapitel fem behandlar mutationer, själva grundvalen för evolutionsteorin. Utan nyskapande mutationer – ingen evolution. Mutationer brukar anses som den naturliga mekanism som skapar evolutionens råmaterial – olika varianter av gener som skapar förändrade egenskaper...

Biologisk evolution III: Djurrikets indelning och evolutionen

Kapitel nio behandlar djurrikets indelning i ett evolutionärt perspektiv. Man har en figur över de olika huvudkategorierna (stammarna eller fyla) av djur arrangerade i ett utvecklingsträd baserat på deras anatomi. Figuren har formen av ett träd. Kommentar Det vore här...

Biologisk evolution IV: Tecken på evolution

Nästa huvudavsnitt har rubriken ”Tecken på evolution” med ett antal underrubriker. Den första är: Fossil. Författarna förklarar att fossil som regel bildas genom att ”den döda organismen har packats in i slam, som sedan hårdnat så att så att också organismen har...

Biologisk evolution V: Organismers anpassningsförmåga

Härnäst kommer: Organismers anpassningsförmåga. När två organismer lever geografiskt åtskilda miljöer med likartat klimat eller äter liknande föda så utvecklar de liknande egenskaper. När miljön förändras kan de ibland anpassa sig mycket snabbt, som till exempel...

Biologisk evolution VI: Biogeografi

Och till sist i raden behandlar författarna: Biogeografi – organismers utbredning. Om liknande arter finns i vitt skilda världsdelar kan det antingen bero på att individer transporterats på flytande föremål eller på att kontinenterna en gång satt ihop. Arter som bara...

Kommentarer och analys

Några uttalanden som görs i de båda lärobokstexterna ska i det följande belysas lite närmare:

  1. Alla kemiska fakta tyder på ett gemensamt ursprung
  2. Förhållandena på den tidiga jorden, i synnerhet dess förmodade ”uratmosfär”
  3. Stanley Millers experiment
  4. Uttalandet att livets byggstenar ”ganska enkelt” kan bildas ur oorganiska ämnen
  5. Föreslagna bildningsmiljöer

Punkt 4 kräver en längre förklaring av grundläggande kemiska förhållanden. Låt oss nu skrida till verket!

  1. Alla kemiska fakta tyder på ett gemensamt ursprung

Det är ställt utom varje tvivel att livets kemi med ytterst få undantag[i] är slående enhetligt. Det visar på ett gemensamt ursprung för alla levande varelser. Det här är emellertid förväntat både av evolutionsbiologer och av evolutionsteorins kritiker. De förstnämnda anser att likheterna är ett gemensamt arv från LUCA (allt levandes sista universella gemensamma släkting) medan de sistnämnda anser att de visar att det finns just exakt en Skapare och inte flera olika.

  1. Jordens förmodade ”uratmosfär”

Båda läromedlen utgår från det klassiska scenariot med en uratmosfär bestående av stora mängder av bland annat väte, metan och ammoniak, men utan syre. Syrgas som idag utgör 21 procent av jordens atmosfär anses ha tillförts denna först i ett betydligt senare skede när fotosyntesen utvecklats, i den så kallade GOE (Great Oxidation Event) som traditionellt tros ha ägt rum för ca 2,4 miljarder år sedan. En del studier pekar mot att det skedde ännu tidigare. [ii], [iii]

Varför anser forskare att jorden en gång saknade syre? Det beror på att syre – märkligt kan det kanske tyckas för en oinvigd – är ett ämne som snabbt förstör livets kemikalier genom oxidation. Eller annorlunda formulerat: i närvaro av syrgas bildas som regel varken aminosyror eller några andra av livets byggstenar. Såväl övriga gaser som eventuella produkter brinner helt enkelt upp.

Om jordens djupaste och därmed äldsta berggrund existerat i en miljö utan syrgas skulle det ha satt spår i dess mineral. De äldsta bergen anses vara drygt 4 miljarder år gamla. De innehåller ofta oxiderat järn. Forskarnas meningar är delade kring om dessa oxiderade lager beror på att atmosfären innehöll avsevärda mängder av syrgas eller om bildandet av dem förhindrade att atmosfären tillfördes syre.

Men studier av berg som anses äldre än 4 miljarder år[iv] och förekomsten av syrgas i betydande mängder även i kometer antyder att jordens atmosfär kanske alltid innehållit syrgas. Atmosfären över en vattenrik jord bör också rimligen ha innehållit betydande mängder med vattenånga. När UV-ljus träffar vattenmolekyler i jordens övre atmosfärsskikt sönderdelas de till syrgas och vätgas, och den tyngre syrgasen borde tämligen snabbt ha ackumulerats i atmosfären.

Också hypotesen att jorden en gång i tiden hade en reducerande atmosfär bestående av ammoniak, metan och vätgas är idag ifrågasatt, eftersom vulkaniska gaser (som man tror bildade jordens första atmosfär) endast innehåller mycket små mängder av dessa ämnen[v] utan i stället framför allt vattenånga, koldioxid och svavelföreningar.

Olika slag av observationer i kombination med experimentella iakttagelser[vi] tycks alltså peka mot en kemiskt neutral atmosfär dominerad av vattenånga, koldioxid, kväve och en viss mängd syrgas. Att många forskare inom abiogenesområdet trots detta vidhåller att jordens tidiga atmosfär var reducerande i likhet med lärobokens beskrivning kan säkerligen förklaras av att inga kemikalier relevanta för liv bildas i en sådan miljö. Man kan naturligtvis hävda att eftersom aminosyror och andra av livets byggstenar bara förefaller bildas vid experiment utan syre, som t ex Stanley Millers (se nästa avsnitt) så bevisar det att uratmosfären saknade syre. Men det blir förstås ett uppenbart cirkelresonemang. Som en möjlig lösning tänker sig vissa forskare att livet utvecklades i lokala reducerande ”fickor” på den tidiga jorden.[vii]

Eftersom evidensläget idag minst sagt är långt ifrån entydigt måste det ses som en svaghet att läromedlen inte på något vis problematiserar den traditionella synen på en reducerande uratmosfär.

  1. Stanley Millers och liknande experiment

I Stanley Millers berömda experiment 1953 påvisades små mängder av tre av de enklaste (minsta) aminosyrorna, framför allt glycin som är den allra enklaste. Genom att anordna en ”fälla” för att fånga upp dem kunde Miller undvika att de slogs sönder av nästa elektriska urladdning. När Miller härom året upprepade sitt försök med mer realistiska gasblandningar (inklusive spår av syrgas) bildades bara spår av glycin.

Kemiingenjörer har idag med hjälp av renframställda råvaror och olika noggrant valda kombinationer av faktorer som temperaturer, energikällor, tryck, lösningsmedel och surhetsgrader steg för steg lyckats framställa de flesta av livets enklaste byggstenar, som exempelvis 19 av de 20 aminosyrorna som finns i levande varelser och de fem kvävebaser som förekommer i naturens nukleinsyror. Men i enlighet med kemins lagar bildas de alltid i blandningar av sina respektive spegelbildsformer, vilket är ett fundamentalt problem, både när det gäller proteiner och kolhydrater (som de sockerarter som förekommer i RNA och DNA). Detta fenomen har nämligen visat sig vara en förutsättning för livets funktioner, i varje fall hos det liv som förekommer på jorden. Mer om detta så kallade kiralitetsproblem nedan.

Stanley Miller med sin försöksapparatur. Bildkälla: Wikipedia.

  1. Livets byggstenar ”ganska enkelt” kan bildas ur oorganiska ämnen

Det här är en ytterst missvisande formulering. Ingen organisk kemist som är insatt i området skulle hålla med författarna i fråga om detta, knappast ens de som själva forskar om livets ursprung.

Det är sant är att det bildas en mängd organiska (kolrika) ämnen vid försök som simulerar förhållandena på den tidiga jorden, men en ytterst liten andel av dessa är relevanta för frågan om livets ursprung och även dessa skiljer sig på flera avgörande sätt från de ämnen som ingår i levande varelser. Här är några av de problem som är inblandade i uppkomsten av livets byggstenar:

4a. Kiralitetsproblemet

Först och främst saknar de den asymmetri som präglar livets molekyler; kemister uttrycker det som att molekylerna är kirala. Polypeptider – i dagligt tal proteiner – är den grupp av ämnen som bygger upp allt levande och utför och möjliggör praktiskt taget alla livets funktioner. Proteiner består av kedjor av så kallade aminosyror, varav det finns 20 olika i levande organismer. 19 av dessa 20 förekommer fritt i naturen i form av två molekylstrukturer som är varandras spegelbilder. Den ena kallas L-formen och den andra D-formen (det finns ett nyare snarlikt beteckningssätt, men det bortser vi från). De båda formerna har samma kemiska egenskaper och är därför utom i enstaka undantagsfall mycket svåra att separera från varandra även på ett välutrustat laboratorium. Varje molekyl växlar också ständigt mellan de båda formerna, vilket gör att om man köper enbart den ena formen på apoteket och löser upp den i vatten så kommer det efter en liten stund att finnas hälften av varje (en sådan lösning kallas ”racemisk”). När man framställer aminosyror vid simuleringsförsök bildas det alltid racemiska blandningar. Kruxet är att proteiner enbart innehåller L-formen. Det räcker faktiskt med en enda D-aminosyra i sekvensen för att det ska förstöra proteinets funktion. Ett medelstort protein består av ca 300 sammanlänkade aminosyror (vissa proteiner består av tusentals) och alla är av L-formen. Att detta är problematiskt kommer du att inse du om du försöker singla slant till dess att du får ens tio krona eller klave i rad. Statistikens lagar förhindrar därför effektivt att det spontant uppstår en sekvens med bara den ena spegelbildsformen. Även om det under vissa speciella omständigheter kan uppstå blandningar med 60/40-fördelning i stället för 50/50, så förblir oddsen astronomiskt små.

Motsvarande förhållande gäller även för nukleinsyror som RNA och DNA, de molekyler som bär livets information. DNA innehåller en sockerart som heter deoxyribos och RNA en liknande som heter ribos, som även de bildas i racemiska blandningar av både L- respektive D-formerna när man simulerar hur sockerbildningen kan ha gått till på en tidig jord. Skillnaden gentemot proteinexemplet ovan är att det uteslutande är D-formen som förekommer i nukleinsyror. Eftersom DNA-molekylen innehåller hundratusentals länkade sockermolekyler är det utifrån dagens kemiska erfarenhet i praktiken[viii] uteslutet att detta skulle kunna ha skett på den tidiga jorden genom en slumpmässig process.

I fallet med RNA är svårigheten ännu större, eftersom de spontana kemiska reaktioner som kan bilda ribos också bildar tre andra snarlika sockermolekyler (så kallade aldopentoser); alla med varsin spegelbildsform. Det betyder att den variant av sockermolekyl (D-ribos) som används i RNA bara utgör 12,5 procent (1/8) av de som rimligen borde ha bildats, så även när det gäller RNA måste det finnas en annan förklaring som idag är okänd för vetenskapen.

4b. Kedjebildningsproblemet

Det andra förhållandet som läroboksförfattarna inte tar hänsyn till (eller kanske inte är medvetna om) är kedjebildningsproblematiken. Aminosyror måste kopplas samman till polypeptider (proteiner) och nukleinsyrornas underenheter (så kallade nukleotider) måste länkas ihop till RNA- och DNA-kedjor. Sådana kemiska reaktioner kallas med ett fint namn kondensationsreaktioner för att det frisätts vatten (”kondens”) när de kopplas samman. Men kondensationsreaktioner sker inte i närvaro av vatten. Då blir i stället kedjorna kortare genom så kallad hydrolys (hydro = vatten, lysis = klyvning). När de här reaktionerna simuleras av livets-ursprung-forskare måste det alltså ske med andra lösningsmedel än vatten. Problemet blir uppenbart – hur skulle sådant kunna ske i naturen där vatten i princip är det enda förekommande lösningsmedlet? Någon kanske undrar hur det då kan bildas proteiner inne i våra kroppar som är fulla av vatten? Svaret är att det sker i lokala, vattenfria miljöer i fickor inuti speciella proteintillverkningsmaskiner som kallas ribosomer (som själva anmärkningsvärt nog till största delen består av proteiner).

4c. Valensproblemet

Ett annan stor utmaning i samband med kedjebildningen är det så kallade valensproblemet. Om små molekyler ska kunna fogas ihop till en kedja måste det finnas två reaktiva atomgrupper på varje molekyl (de är divalenta = med valensen 2). Man skulle kunna likna det vid två tryckknappar på varje molekyl. Alla aminosyror har det i form av en aminogrupp och en karboxylsyragrupp (därav namnet). Men de flesta molekyler som bildas spontant vid de kemiska reaktioner som man tror skedde på den tidiga jorden har valensen 1. De är monovalenta, dvs har bara en atomgrupp som kan reagera. De flesta av dem är karboxylsyror, framför allt myrsyra.  Problemet är att om det finns redan små mängder av monovalenta ämnen närvarande så bildas inga kedjor. Det beror på att de sätter sig på de växande kedjorna och gör så att de inte kan växa vidare. Titta på figur 2 så förstår du säkert. När man tillverkar långa molekyler i industrin måste man därför ha extremt rena råvaror, typ 99,99%. Sådana renheter finns inte i fria naturen, och lär inte ha funnits vid livets början heller.

Monovalenta ämnen förhindrar kedjebildning. Bildkälla: Wikipedia.

4d. Giftigheten

Ett fjärde problem för teorierna om livets spontana ursprung är giftigheten. För att bilda kvävebaser (själva ”bokstäverna” i DNA och RNA) låter man t ex de båda ämnena formaldehyd och vätecyanid reagera med varandra. Problemet är att båda ämnena, speciellt vätecyanid[ix], är dödligt giftiga, vilket gör det svårt att föreställa sig liv i ett sådant scenario.

4e. Svåra att framställa

Ett femte problem är att vissa av livets byggstenar visat sig väldigt svåra att framställa trots att man använder sig av avancerad kemiteknik. Läroboken Spira nämner specifikt fosfolipider, den grupp av ämnen som bygger upp cellmembran, som ett av de ämnen som bildas vid den här typen av försök. Det är direkt felaktigt! Fosfolipider är en typ av fettartade ämnen som består av två fettsyramolekyler och en fosforsyramolekyl sammankopplad med glycerol och en annan alkohol. Ingen har någonsin observerat en fettsyra bildas i något simuleringsförsök. Fosforsyra reagerar med metaller i sediment och berggrund och binds i form av fosfat, vilket är anledningen till att fosfor är ett bristämne i naturen. Framställning av fosfolipider har hittills bara kunnat genomföras med hjälp av fettsyror från levande organismer och med en avancerad teknik och kemikalier som är främmande för en livlös värld. Även i fråga om fosfolipider har läroboken alltså bevisligen fel.

Det bör tilläggas att föreställningen att ett cellmembran kan bildas spontant av fosfolipidmolekyler inte stämmer. En sådan ”bubbla” skulle effektivt utestänga ”cellen” från dess omgivning, ungefär som en plastpåse, och leda till en säker död. Levande varelsers cellmembran är hisnande komplexa strukturer som reglerar cellens omsättning av salter, näringsämnen och avfallsprodukter. Det går därför inte att hävda – som läroboksförfattaren gör – att fosfolipiderna skulle vara den ”viktigaste” delen av ett cellmembran. Lika viktiga är de proteinmolekyler som pumpar och transporterar olika ämnen in och ut genom membranet under strängt kontrollerade former. Någon ”primitiv” form av fungerande cellmembran känner vetenskapen inte till, det är en hittills obevisad hypotes.

Liknande problematik gäller för t ex kvävebasen cytosin och sockerarten ribos som finns i RNA. De är så känsliga att de förstörs ungefär i samma takt som de bildas vid den här typen av experiment. Den som följt med i vaccindebatten lär inte ha missat att RNA som sådant är mycket känsligt, inte minst för solljus. Det är därför som mRNA-vaccin måste förvaras i -70°C. RNA i en droppe på ditt köksbord bryts ner på en minut i rumstemperatur! I den vetenskapliga litteraturen finns det förslag på procedurer för att framställa exempelvis nukleotider (DNA- och RNA-molekylernas underenheter bestående av en kvävebas, socker och fosfat) men det kräver mycket avancerad teknik, renframställda råvaror hämtade från naturen och olika noggrant valda kombinationer av faktorer som temperaturer, energikällor, tryck, lösningsmedel och surhetsgrader. Det är svårt att föreställa sig att detta kan ha förekommit på en jord utan liv i tidernas morgon.

4f. Informationsproblemet

Men det mest uppenbara problemet återstår. Låt oss nämligen till sist anta att det, trots alla nämnda svårigheter, skulle ha bildats en kedja på några hundra enheter av samma spegelbildsvariant i ett protein, DNA eller RNA. I så fall skulle den med största sannolikhet inte innehålla mer meningsfull information än en slumpmässig rad med bokstäver. Går det då att göra slumpmässiga förändringar av en nonsenstext så att den spontant utvecklas till en meningsfull text? ‑ Bara om någon eller något byter ut meningslösa bokstavskombinationer mot meningsfulla med ett mål i sikte. Men innan livet existerade fanns inget naturligt urval och enligt naturalismen heller ingen ”Någon”. Att livets molekyler skulle fyllas med meningsfull information genom naturligt urval är bara en lek med ord utan något stöd i verkligheten. I kemins värld råder nämligen kemins lagar. Kemins lagar skapar ingen information, lika lite som andra naturlagar förmår skapa meningsfull information på en textsida. Bara författare ägnar sig åt sådant. Det tror vi inte – det vet vi av erfarenhet!

Att bygga meningsbärande organiska molekyler genom kemisk ingenjörskonst är inte lätt. Den världsrenommerade kemisten James Tour som arbetar med just detta har sagt att det är ett hån mot honom och hans kolleger när ursprungsforskarna säger att så fantastiska molekyler som DNA och proteiner kan uppstå utan någon som helst intelligens. Tour säger:

”De som säger, ’Det här har vi en bra bild av’ (hur den första levande cellen uppstod) de vet ingenting – ingenting – om kemisk syntes – ingenting.” [x]

Tycker du nu att läroboksförfattarna till Spira hade rätt när man skrev att organiska ämnen som är grunden för alla livsformer ”ganska enkelt” kan bildas ur oorganiska ämnen? Troligtvis inte. Författarnas slutsats att ”De här experimenten visar alltså att det är fullt möjligt att livet uppstod spontant under de förhållanden som rådde under jordens tidiga historia” måste därför utifrån dagens insikter i kemi avfärdas som ytterst missvisande; det stöds inte av den kemiska evidensen. 

  1. Föreslagna bildningsmiljöer

Det finns stora problem med alla de scenarion som föreslås i läroböckerna: black smokers i djuphavet, grunda vattenpölar, sprickor i berggrunden, mellanskikten i lermineral och import från världsrymden. De två mest fundamentala problemen som beskrivits ovan, kiralitetsproblemet och kedjebildningsproblemet, omnämns inte i något av läromedlen.

Naturkunskapsboken tar upp problemet med syrgas i scenarion vid markytan och förespråkar därför berggrunden eller black smokers som livets troligaste uppkomstmiljöer. Man stöder det med hänvisningar till att det idag existerar livsformer, så kallade arkéer, som är anpassade till extrema livsmiljöer som avsaknad av syre, ljus och organiska näringsämnen och som tolererar höga temperaturer och tryck. Men det faktum att det finns nutida, extremt specialiserade organismer kan knappas anföras som ett argument för livets ursprung. De kan lika gärna anses vara argument för hur fantastiskt jordens livsformer är konstruerade, det vill säga design.

Göran Schmidt

[i] Bakteriers cellvägg som består av ett ämne som kallas peptidoglukan innehåller t ex D-aminosyror i stället för L-formen som för övrigt är den universella varianten (läs mer om detta under rubriken ”Kiralitetsproblemet”). Det finns även encelliga organismer och någon enstaka bakterie (Mycoplasma) som använder en något annorlunda genetisk kod än den för övrigt allenarådande.

[ii] S Perkins, “Tiny Crystals in Australian Rocks Suggest Earlier Debut for Oxygen” i Science News 175/8 (2009), s 9.

[iii] M. T. Rosing och R. Frei, “U-rich Archaean Sea-floor Sediments from Greenland—Indications of >3700 Ma Oxygenic Photosynthesis” i Earth and Planetary Science Letters 217 (2004), s 237–244 .

[iv] D. Trail et al., “The Oxidation State of Hadean Magmas and Implications for Early Earth’s Atmosphere” I Nature 480 01 December 2011, s 79–82. doi:10.1038/nature10655. (sammanfattning finns att läsa här (engelska)

[v] https://www.sandatlas.org/volcanic-gases/

[vi] https://advances.sciencemag.org/content/6/48/eabd1387

[vii] https://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/earlyearth/questions/pre_biotic_atmos.html

[viii] Rent statistiskt sett går det förstås inte att utesluta av samma skäl som det finns en teoretisk möjlighet att vinna högsta vinsten på lotto vecka efter vecka i åratal. Men ifall man gjorde det skulle man högst troligt redan efter några veckor ha haft blinkande blåljus utanför sin bostad. Vid rättegången skulle domaren i brist på annan bevisning anse att statistikens lagar vore tillräckligt underlag för en fällande dom.

[ix] Vätecyanid var det gift som användes i gaskamrarna i Hitlers Nazityskland.

[x] Se https://youtu.be/r4sP1E1Jd_Y .