Nye trender i systembiologi

(Fra boka ‘Heretic’ av Matti Leisola; kap 5, slutten)

Genetisk informasjon er mer sofistikert enn noen av oss forstår. Bl.a. trenger biologisk informasjon noe i tillegg til DNA –her. Genomet har kontroll-elementer hvis betydning og viktighet vi bare begynner å forstå. I første omgang -mer senere, kan sies at biologisk informasjon handler om det samme som programvare-informasjon inneholder, og mer til. Vi snakker om sannsynlighet, programmer, kode og informasjon ut fra spesielle oppdagelser og fremgang i biologi og informasjons-teori. Det er ikke bare design-teoretikere som hevder at DNA er en form for programvare. Kjente navn som Bill Gates (MS), fysiker Paul Davies, ja endog ledende evolusjonsbiologer har innrømmet det.
Det hevdes fra evolusjonært hold, at biologisk liv mangler hensikt, hvilket medfører falske forutsigelser. Det skulle være nok å hevde termer som vestigale organer og søppel-DNA, som ofte fremkalles av blinde prosesser. Teorien med intelligent design (id) ser biologien gjennom andre brilleglass. Begge disse paradigmene kan være forutsigende og tilby forklaringer til ulike biologiske realiteter. Men hvilken tilsvarer best virkeligheten. Gjennom de senere årene har et nytt biologisk felt dukket opp:

Systembiologi. Det er opptatt med ‘hvorfor’ og ‘for hvilke formål’. Professor David Snoke ved Pittsburgh Universitet har forklart hvordan bruken av teleologiske termer er vidt utbredt og sagt at vitenskapsfolk under det domenet faktisk mer jobber under et design-rammeverk, enn under ett evolusjonært: “Mange har krevd at id-paradigmet må komme opp med vellykkede, kvantitative biologi-program,” kommenterte han. “Men det ser ut som det finnes rett framfor nesene våre.” (16)
Mange industrier har startet å se sine systemer og produkter ut fra et informasjonssynspunkt: Den medisinske industrien beveger seg fra kjemikalie-basert til system-biologi, som innebærer informasjons-baserte operasjoner. I motsetning til tidligere snakker man om informasjonsrike polymer – her. Studiet av biologiske systemer, og dens praktiske gren: syntetisk biologi, er et studie av intelligente systemer.

Nedenfor er noen eks. på språktermer og bruk i system-biologi:
*Synkronisering og timing: Vi kjenner til termene i fra industrien, der hver komponent må ankomme til rett tid og på rett sted (materiallogistikk). Et tidlig steg i kjeden innebærer å tilvirke spesifikke deler. Likesom produksjon i industrien krever presise ankomsttider og mengder, er det samme tilfelle i biologiske systemer med deres ulike tids- og kontroll-systemer.
*Adressering: Et signal må nå sitt mål for å være nyttig. Biologiske signaler farer ikke tilfeldig omkring i cellen, men har en adresse og materiale fraktes til sin bestemmelse, lik pakker sendt i posten til en spesiell postboks.
*Overflødighet (sikkerhetssystemer): I tilfelle hovedsystemer bryter sammen, er det nødvendig å ha sikkerhets (backup)-systemer i industri/sykehus, f.eks. i tilfelle strømmen går. Overflødigheten er der for å gjøre systemer mer robuste. I biologien har vi overflødighet (f.eks. reparasjonssystemer) innebygd i den genetiske koden. Vi har homologe proteiner, to nyrer/lunger etc.
*Tilpasning: Fra bilindustrien kjenner vi til glass som mørkner når sollyset treffer det. Tillaging av slikt glass, er mye mer krevende enn normalt glass. Men denne grad av tilpasning blekner i sammenligning med hva vi finner i levende ting. Biologiske systemer er forbløffende tilpasningsdyktige til variable miljøbetingelser. Vi kan tenke på f.eks. endring i dyrs oppførsel, endring i metabolisme i forhold til ulike klima, eller sesongmessige tilpasninger til ekstreme temperaturer. Et annet eks. er kroppens evne til å regulere konsentrasjoner av ulike kjemikalier som salt og sukker, innen smale intervaller.

Etter å ha sekvensert ulike genomer, spør systembiologien hva det betyr: Hvilke hensikter tjener den sekvensierte informasjonen? Det er eks. på teleologiske spørsmål. Det er samme type spørsmål ingeniører stiller, når de driver revers-engineering {-etteraper naturens konstruksjon av organer/systemer -oversetters tillegg}. Det er eks. på design-tenkning. System-biolog Arthur Lander oppsummerer feltet slik: “Genregulering, intracellulær-signalering (lenke), metabolske nettverk, utviklingsprogram.. Nåværende informasjons-oversvømmelse viser at disse systemene er så komplekse at molekylære biologer blir tvunget til å kjempe med et hovedsakelig teleologisk spørsmål: Hvilket formål tjener all denne kompleksiteten? (17)

For de fleste system-biologer er evolusjonsteorien av meget liten praktisk betydning. I stedet benytter de åpenlyst design-termer. Pierre-Alain Braillard understreket dette karakteristika i feltet, ved å kontrastere det med en mekanistisk, ikke-teleologisk tilnærming: -I denne artikkelen undersøker jeg det fremadskridende feltet systembiologi, og argumenterer at noen av dets tilnærminger ikke passer det mekanistiske rammeverket. Jeg presenterer et eks. av hva kan kalles design forklaring, og viser hvordan det skiller seg fra klassisk mekanistiske forklaringer. For det første er det en ikke-kausal forklaring, som ikke viser hvordan en funksjon skapes ved en mekanisme, men illustrerer hvordan et systems funksjoner bestemmer dets struktur. For det andre peker det på generelle design-prinsipper, som ikke avhenger mye av evolusjonær usikkerhet.. Selv om noen aspekter av systembiologi passer det mekanistiske rammeverk, korresponderer ikke alltid forklaringer benyttet av forskere i virksomhet med tradisjonelle definisjoner ved mekanistiske forklaringer, gitt av filosofer .. Jeg refererer til dette slag forklaringer som design-forklaring.” (18)

Vi kan oppsummere ved:

*Informasjon er sentral i forståelse av livet
*Biologisk informasjon er mer enn dets fysiske informasjons-bærer
*Mekanismene i kjemi og evolusjonsbiologi er utilstrekkelige til å forklare informasjons-labyrinten som livet består av.
*Systembiologi tilnærmer seg ingeniør-vitenskap og benytter språket i system-vitenskap, som er teleologisk.
*Forklaringer basert på mutasjons-seleksjons-mekanismer i evolusjon er ikke av noen praktisk betydning i syntetisk og system -biologi.
*Teleologiske begreper har blitt normalt vokabular i systembiologien.

Referanser:

16. David Snoke, “System Biology as a Research Program for Intelligent Design,” BIO-Complexity 3 (2014):1-11

17. Arthur Lander, “A Calculus of Purpose,” PLos Biology 2, no.6 (2004): 0712

18. Pierre-Alain Brillard, “Systems Biology and the Mechanistic Framework,” History and Philosophy of the Life Sciences 32 (2010): 43 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20848805 (Tilgj. 12.10.2018)

 

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund