hva er BIOLOGI

omslag_2.opplag.qxd:omslag1

27-09-11

10:06

Side 1

9

BIOLOGI

ISBN-10: 82-15-00663-9

www.universitetsforlaget.no

BIOLOGI

www.universitetsforlaget.no

Dag Olav Hessen

ISBN-13: 978-82-15-00663-5

hva er Dag Olav Hessen

Dag Olav Hessen (f. 1956) er professor i biologi ved Universitetet i Oslo, har mottatt Norges Forskningsråds formidlingspris og utgitt en rekke bøker, blant annet Gener, Gud og Gaia (2003), Mennesket i et nytt lys. Darwinisme og utviklingslære i Norge (2002) og Egoisme (1999, med Thomas Hylland Eriksen).

Universitetsforlaget har utfordret noen av Norges fremste fagformidlere til å gi svar på krevende spørsmål. hva er-bøkene er velskrevne introduksjoner som gir begynneren stimulerende møter med ukjente tema, og den viderekomne nye perspektiver.

hva er

hva er hva er BIOLOGI gir en spennende og engasjert introduksjon til læren om livet. Forfatteren fører leseren fra de tidlige forsøkene på å kartlegge naturens mangfold, til evolusjonslæren, økologien, genetikken og bioteknologien.

Vi møter biologer i felten og i laboratoriet, utro mus og menn, knelere som spiser sine elskede, bananfluer på genetikklabben, altruistiske maur og motstandsdyktige bakterier. Forfatteren diskuterer biologiens muligheter og begrensninger: Styres atferden vår av gener? Bør det settes grenser for bioteknologien? Er det noen sammenheng mellom økologi og miljøvern?

Hva er funksjonshemming.indd 6

16.08.2010 13:56:52

hva er biololgi Page 1 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

ďœą

HVA ER BIOLOGI

Side 2 Page 2 Friday, March 3, 2006 10:50 AM



hva er psykologi

Universitetsforlaget har utfordret noen av Norges fremste fagformidlere til å gi svar på krevende spørsmål. hva er-bøkene er velskrevne introduksjoner som gir begynneren stimulerende møter med ukjente tema, og den viderekomne nye perspektiver.

HAR UTKOMMET: hva er BIOLOGI Dag Olav Hessen hva er EU

hva er LITTERATURVITENSKAP Erik Bjerck Hagen hva er MAKT

Kristian Sarastuen & Anders Ystad hva er FILOSOFI Lars Fr. H. Svendsen hva er IDÉHISTORIE Trond Berg Eriksen hva er INTERNETT Gisle Hannemyr hva er KREATIVITET Geir Kaufmann hva er KRISTENDOM Halvor Moxnes

Fredrik Engelstad hva er MENNESKERETTIGHETER Njål Høstmælingen hva er PSYKOLOGI Carl-Erik Grenness hva er SOSIALANTROPOLOGI Thomas Hylland Eriksen hva er SOSIALT ARBEID Irene Levin hva er SPRÅK Helene Uri

www.universitetsforlaget.no/hvaer

hva er biololgi Page 3 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

ďœł

Dag Olav Hessen

hva er BIOLOGI

universitetsforlaget

hva er biololgi Page 4 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

© Universitetsforlaget 2005 2. opplag 2006 ISBN-13: 978-82-15-00663-5 ISBN-10: 82-15-00663-9 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med rettighetshaverne er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Henvendelser om denne utgivelsen kan rettes til: Universitetsforlaget AS Postboks 508 Sentrum 0105 Oslo www.universitetsforlaget.no

Omslag: Vibeke Jerkaas, GRIFF Kommunikasjon AS Sats: Rusaanes Bokproduksjon AS Trykk og innbinding: AIT Trykk Otta AS Boken er satt med: Minion 9,5/13,5 Papir: 90 g Munken Elk 1,5

hva er biololgi Page 5 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



Innhold Forord 7  

BiosLogos – å forstå livet 11  2

Kartlegging av livets mangfold 25  3

Evolusjonsteorien og genetikken – biologiens kjerne 38  4

Samspill og sammenhenger – økologi 60  5

Gener og bioteknologi 94  6

Biologien og mennesket 117 Litteratur 135 Register 139

hva er biololgi Page 6 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

ďœś

hva er biologi

hva er biololgi Page 7 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

forord



Forord Hva er det som bestemmer den livsbane og det yrke man velger?

I hvilken grad gjør vi virkelige valg, og i hvilken grad bestemmer livets tilfeldigheter for oss? Noen få er så heldige å ha en brennende interesse og et genuint mål tidlig i livet, mens de fleste av oss i større eller mindre grad er prisgitt det som i ettertid synes å ha vært tilfeldigheter. «Noen vet hva de vil, og de andre velger juss,» som min far pleide å si. Biologi som fag har utvilsomt den fordel at det spiller på lag med en medfødt nysgjerrighet overfor livets store og små fenomener, fra underlige småkryp på bakken til hvorfor vi puster og lever. Alle foreldre har erfart at størstedelen av barnas tallrike «hvorfor» på en eller annen måte har med biologi å gjøre, hvilket utvilsomt har fått mange til å ønske at de faktisk kunne litt mer om livet slik at den håpefulle kunne få tilfredsstilt sitt vitebegjær med noe litt mer håndfast enn at «slik er det bare».

Jeg tror at hos mange av oss som har søkt seg til biologien, har denne barndommens vitebegjær blitt holdt liv i. Vi har endelig fått en mulighet til å trenge dypere inn i alle disse hvorfor. Og så er det selve naturgleden. For meg begynte det med de klassiske, familiære, søndagsturene til skogs og til fjells, og nysgjerrigheten ble katalysert av barneskolens gamle naturfaglærer. I andre fag kunne han være en humørløs og disiplintro lærer av den

hva er biololgi Page 8 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

gamle skolen, skolestyrer var han også, og ikke en mann som innbød til verken fortrolighet eller opposisjon. Men straks det kom til naturfagtimene, gjennomgikk han selv den samme forvandling som han lærte oss at sommerfuglen gjorde. Det tørre puppeskallet sprakk, og ut kom noe vakkert: en glødende entusiasme som man umulig kunne være likegyldig til. Når vi ruslet ut i vårskogen, formidlet han, foruten en overveldende viten om alt som vokste, krøp og flakset omkring, en følelse for naturen.

En ren og skjær glede over å være til sammen med alt det mangfoldige omkring oss. Som ungdom dyrket jeg videre denne følelsen i en slik grad at jeg selv under russefeiringen kunne forlate en lovende fest ved midnatt for å få med meg orreleiken og tranedansen i grålysningen, etterfulgt av et brusende fugleorkester da morgensola la sitt første skjær over Neverfjell og myrene i Gropmarka. Hvilken intens følelse av liv! Senere, da jeg som fersk student fikk høre at biologi nok var vel og bra som hobby, men vanskelig noe man kunne leve av, var jeg i en periode av tvil i ferd med å konvertere til medisinen. Jeg ble reddet av en foreleser som igjen maktet å formidle en slik genuin entusiasme for faget at all tvil forsvant – studer det du har lyst til! Slik ble det, og det kan vel understreke at livet er en fascinerende blanding av tilfeldighet og nødvendighet, men den grunnleggende nysgjerrigheten på livets vesen ligger som en spire hos alle og bare venter på næring og vann.

Det er slik det begynte for mange biologer, Charles Darwin (uten sammenlikning for øvrig) beskriver den samme entusiasmen og naturfølelsen: «Min kjærlighet til naturvitenskapen har vært heftig og vedvarende. Jeg har mine perioder med overstrømmende entusiasme. Jeg kunne ikke bruke mitt liv til noe bedre enn å bidra litt til kunnskap om naturen.» Det er klart at biologi er svært mye mer enn studier av den ytre naturen. I stadig større grad beskjeftiger biologer seg med de minste bygge-

hva er biololgi Page 9 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

forord



steiner i livet, molekylærbiologi og cellekjernens hemmeligheter. Og her ligger noe av det største ved biologien, det at man kan arbeide med spørsmål som spenner over hele feltet – fra hvordan cellens minste enheter er satt sammen og fungerer, til hvordan livet formes og omdannes gjennom en stadig utvikling til det store spill som utfolder seg i økosystemene.

Hva er biologi? Det korte svaret er at biologi er læren om livet (bios = liv, logos = lære). Det lange svaret vil omfatte resten av denne boka; selv om også dette må sies å være en kortversjon.

Læren om livet omfatter svært mye, og grenseflatene mot fag som medisin og kjemi er ikke skarpe. Deler av biologien tangerer også fag som psykologi, antropologi og sosiologi. Innenfor et format som denne boka er det umulig å yte alle deler av biologien rettferdighet. Felt som mikrobiologi, plante- og dyrefysiologi, biokjemi eller for den saks skyld temaer som proteinsyntese eller immunologi kunne uten problemer fylt tykke bøker (hvilket de også gjør), men har ikke blitt vektlagt her. Jeg har forsøkt å vise hvordan biologien selv har utviklet seg som fag, og å dele en fascinasjon for natur, fra cellekjerne til biosfære. Biologi er et fag hvis oppdagelser man ikke kan forholde seg likegyldig til, og som angår oss både filosofisk og eksistensielt.

Uten å bli for pompøs på fagets vegne må det være lov å hevde at vi er på vei inn i biologiens tidsalder; dels fordi bioteknologi gir oss muligheten til å endre helt grunnleggende livsprosesser og etter alt å dømme vil styre mye av utviklingen innen medisin og landbruk, dels fordi vår påvirkning av biosfæren og klodens helsetilstand vil være avgjørende for vår framtid.

Biologisk forskning gir kunnskap om livet selv, og da ikke bare kunnskap om cellekjernens innerste hemmeligheter, men også om muligheter til selv å endre livets oppskrifter og de spilleregler som er nedfelt i arvestoffet. Den gir også grunnlaget for å vurdere effekter av, og tiltak mot, stadig mer åpenbare og truen-

hva er biololgi Page 10 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

de menneskelige fotavtrykk i naturen. Kunnskapen om livet selv åpner for en ny type innsikt i de store spørsmål om livet: Hva er et menneske? Hvordan er vi blitt til? Hva er «jeg»? Det er også åpenbart at biologien byr på relevante innspill til spørsmål om viljens og moralens opprinnelse. De store og eksistensielle spørsmål må også (men selvsagt ikke bare) sees i lys av biologisk kunnskap, samtidig som man godt kan erkjenne at biologien ikke kan gi svaret på hvorfor vi er her.

De første som systematisk begynte å studere naturen, forsøkte å lete etter mønster og system i det komplekse mangfoldet. Slik begynner også framstillingen i denne boka. Hva er egentlig «naturen», og hvordan studere den? Så kommer vi til essensen i moderne biologi og det som har dannet mangfoldet; evolusjon.

Evolusjon er uløselig knyttet til økologi, som er tema for tredje kapittel. Så begir vi oss nedover på mikronivå – celler og gener – og avrunder med biologiens befatning med mennesket. Mennesket, som alle andre arter, er produktet av en utviklingshistorie. Vi sitter foran vår PC med steinaldermenneskets gener, men kan dette fortelle oss noe vesentlig om det å være menneske?

Mine kollegaer Klaus Høiland og Arne Skorping har med stor grundighet gått igjennom manus til denne boka og kommet med svært nyttige innspill. En stor takk til disse samt Ingrid Ugelvik for en ideell blanding av oppmuntrende og kritiske kommentarer underveis.

Oslo, januar 2005 Dag O. Hessen

hva er biololgi Page 11 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



  

BiosLogos – å forstå livet Læren om livet Hva er meningen med livet? Hvorfor finnes to kjønn? Hvorfor finnes ulike arter? Hvorfor finnes 300 000 arter av biller, mange av dem til forveksling like? Hva betyr det om noen av disse artene utryddes? Hva skjuler de store dyphavene og de siste rester av uutforsket regnskog? Hvordan kan arvematerialet i en celle som bare kan sees i mikroskop, inneholde oppskriften på en elefant?

Hvorfor og hvordan skiller mennesket seg fra sjimpansen? Kan biologi si noe om menneskelig moral? Hvordan kan klodens klima styres av mikroskopiske organismer?

Biologi kan ikke gi svar på det eksistensielle spørsmål om meningen med livet, hensikten i en dypere forstand. Biologien har en annen tilnærming til livet: Den ser så å si enhver aktivitet som hensiktsmessig i den forstand at den tjener et formål, og formålet er kort fortalt selve livets imperativ: Spis uten selv å bli spist, reproduser og spre dine gener! For alle andre arter synes dette å være livets essens, slik vi kjenner det fra den mildt ironiske illustrasjonen av fisken som kryper på land, blir til amfibie, krypdyr og ape, hele tiden med følgende tanke i hodet; spis,

hva er biololgi Page 12 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

overlev, reproduser! Til slutt står mennesket der, ser seg forvirret rundt og spør om meningen.

Fram til dette siste spørsmålet er evolusjon – utvikling – nøkkelen til de fleste av livets mer grunnleggende utfordringer innenfor den biologiske forståelse av livet. Alt som har med sex, gener, form, farge, arter, atferd å gjøre – kort sagt alt som berører livets strategiske valg for å føre den genetiske stafettpinnen videre – oppfattes som uløselig knyttet til evolusjon. Det er de som har løst livets imperativ gjennom talløse slektsledd, og i tillegg har hatt hellet på sin side, som i dag framstår som de evolusjonære vinnere. Tenk på det om du har en dårlig dag, at du, i likhet med alt annet liv som eksisterer i dag, representerer en ubrutt kjede av vinnere fra de første, famlende forsøk i ursuppen for over fire milliarder år siden.

Biologi er Læren om livet i livets mest grunnleggende forstand.

Filosofiske og moralske aspekter ved livet hører ikke inn under biologiens domene, men biologisk innsikt reiser mange spørsmål av stor moralsk og filosofisk betydning. For å være noe mer presis kan vi snevre definisjonen noe inn og si at biologi er studiet av levende organismer og hvordan de forholder seg til hverandre og sitt miljø.

Biologiens forgreininger Biologiske studier har eksistert vesentlig lenger enn biologi som fagfelt. På mange måter kan Aristoteles (384–322 f.Kr.) regnes som grunnleggeren av biologi som selvstendig fagfelt med sin Historia animalum (ca. 350 f.Kr.), og for Aristoteles var det naturlig å se biologi som tett sammenvevd med filosofi og medisin. Også for den store svenske biolog og systematiker Carl von Linné (1707–1778), så vel som Charles Darwin (1809–1882), gikk veien til biologi gjennom medisin. Linné, derimot, prakti-

hva er biololgi Page 13 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



serte som lege – med vekslende entusiasme – inntil han endelig fikk et professorat hvor han sto fritt til å vie seg til sin egentlige interesse, som først og fremst lå hos plantene. Man kunne altså utøve biologisk forskning som universitetsansatt, mens biologisk undervisning var mer sporadisk, og ofte da som et vedheng til medisin.

Her til lands var det også teologer som var de første biologer.

Biskop Erik Pontoppidan utga Det første Forsøg paa Norges Naturlige Historie (1752–53), et verk spekket med anekdoter og merkverdigheter, men dog «et første forsøg ...». Han ble en inspirator for sin senere kollega Johan Ernst Gunnerus, som korresponderte flittig med Linné. Gjennom en årrekke sendte Gunnerus merkverdigheter fra den norske flora og fauna til sin berømte kollega; frø, planter, koraller, fisk, fugler, «Lemenn i campherbrændeviin vel forvaret» – og mye mer. Gunnerus hadde gjennom kontakten med Linné brakt den norske fauna og flora på verdenskartet. Hans hovedverk Flora Norvegica kom med første bind i 1766, og var en beskrivelse av 314 plantearter med opplysninger om deres forekomst i Norge.

Muligens kan Gunnerus også krediteres for at vi fikk de første rene professorater i zoologi og botanikk allerede i henholdsvis 1813 og 1814, bare to–tre år etter opprettelsen av Universitetet i Oslo i 1811. Jens Rathke ble utnevnt i 1813 til første professor i zoologi, mens Christen Smith ble utnevnt til første professor i botanikk året etter. Da Smith døde allerede to år senere, overtok Rathke også dette fagområdet, samt mineralogi (læren om mineraler). Han tok også over som bestyrer av den botaniske hagen. Rathke var da faktisk professor i naturvitenskap (botanikk, zoologi, mineralogi m.m.) til han gikk av i 1845. Spesialiseringens tidsalder lå fortsatt et stykke fram i tid. Logisk nok har altså biologi sitt utspring i studiet av det man stort sett forbinder med natur, altså planter og dyr – botanikk og zoologi. Videre

hva er biololgi Page 14 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

hvordan planter og dyr i store trekk er konstruert, hvilken farge og form de har, fra ytterst til innerst.

En første forutsetning for å forstå en organismes svar på en miljøutfordring, er å vite hvordan den er satt sammen og fungerer – organismens anatomi og fysiologi. Anatomien er den gamle disiplin basert på lupe, mikroskop og skalpell, mens fysiologi er en utpreget eksperimentell vitenskap som i stadig større grad er bygd opp rundt avanserte måleinstrumenter. En titt inn i et moderne fysiologisk laboratorium i dag er ikke ulikt en kikk inn i en flycockpit, med lamper, brytere og instrumenter i stort utvalg.

Fysiologi er et godt eksempel på et slags faglig slektstre, der ulike former for sansefysiologi representerer en gruppe av beslektede, men allikevel internt meget spesialiserte forskningsområder. En norsk paradegrein innen fysiologi har vært tilpasninger til kaldt klima – i tråd med vårt nasjonale selvbilde som en polarnasjon som siden Fridtjof Nansens tid har markert seg også som polarforskningsnasjon. I 1947 ankom Per Fredrik Scholander Point Barrow i Alaska med et team av fysiologer.

Formålet med oppholdet her var å forstå fysiologiske prosesser hos organismer ved lave temperaturer. Hvilke metabolske knep var det som tillot Scholanders huskyer å sove på snøen i minus 40? Hvordan kunne insekter og andre vekselvarme dyr overleve frysing? Scholanders gruppe foretok en rekke målinger i et egenkonstruert kuldekammer. Huskyer og rever beholdt sitt basale stoffskifte (basalmetabolismen) til godt under –30, mens hos mindre dyr var de metabolske kostnader ved lav temperatur åpenbare; lemen beholdt sin basalmetabolisme bare ned til +10 før de måtte «skru på varmen» ved økt forbrenning. Tester på ulike fuglearter viste også store forskjeller i kuldetoleranse, og det var åpenbart at mye av nøkkelen til å forstå arktisk tilpasning lå i denne typen studier. Dette var for sin tid avanserte

hva er biololgi Page 15 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



fysiologiske studier, og de var i stor grad basert på egenutviklet apparatur og metoder.

Det ble tidlig klart at nøkkelen til mange av de fysiologiske prosessene lå på det mikroskopiske nivå. I 1665 registrerte engelskmannen Robert Hooke gjennom sitt primitive mikroskop at vev hos planter var sammensatt av noe han kalte celler. Noen få år senere undersøkte nederlenderen Anton van Leeuwenhoek spermier i sitt mikroskop, og beskrev etter hvert en helt ny verden av planter og dyr som levde som enkeltceller. Både mikrobiologien, som spesielt befatter seg med bakterier og virus, og cellebiologien, studiet av organenes byggesteiner, så sin spede oppstart her. Studiet av de mikroskopiske cellene med sitt assortiment av gener, ribosomer, mitokondrier med videre, skulle etter hvert bli et stort felt innenfor biologi. Biologi befatter seg videre med samspillet mellom disse funksjonelle enhetene (organellene) i cellene, altså fysiologi og økologi på mikronivå. På et enda mer basalt nivå dreier biologi seg også om hvordan genene instruerer oppbygning av organismen gjennom proteinsyntesen – eller har vi her beveget oss inn på biokjemiens enemerker? Biokjemi befatter seg, ikke så overraskende kanskje, med grenselandet mellom kjemi og biologi, der molekylenes verden gradvis blir liv. Det er altså strengt tatt ikke mulig å trekke et skarpt skille mellom kjemi og biologi, slik det faktisk også er forbausende vanskelig å trekke noen skarp grense mellom liv og ikke-liv. Økologen hever blikket ut over organismenes indre, og studerer nettverkene av forbindelser mellom artene (enten det nå er 1,7 eller 10 millioner av dem, herom strides de lærde) – som igjen påvirker, og påvirkes av, omgivelsene. Selv en døgnflues liv er ikke trivielt – om noen skulle ha trodd det. Den skal gjennom sin anatomi, sin fysiologi og sin atferd ha manøvrert seg gjennom en utfordrende barndom på elvebunnen der kryssende

hva er biololgi Page 16 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

hensyn til tørke eller flom, spise uten selv å bli spist i et kappløp med konkurrenter og fisk skal balanseres på vei mot den endelige eksamen i livet; det ene døgn som voksen med sverming der den bare må finne en partner. Den kompliserte vev av liv og livsprosesser som enhver art er deltaker i, er også underlagt en kontinuerlig utviklingsprosess.

Biologien har som alle andre fag gått gjennom en sterk spesialiseringsprosess som tok særlig fart i det 20. århundre. Retninger som anatomi, fysiologi og genetikk (hos både planter og dyr) ble først utover på 1900-tallet definert som egne fagfelt.

Botanikk og zoologi forble selvstendige disipliner med egne studieretninger, men etter hvert ble de supplert av stadig mer spesialiserte underdisipliner. Det vokste også fram mer overgripende fagfelt som marinbiologi og senere limnologi (læren om ferskvann). Begge disse fagene tar utgangspunkt i et system, og blir dermed utpregede syntesefag hvor undervisningen omfatter en slags totaloversikt fra rent fysisk-kjemiske aspekter som varmebudsjett, sirkulasjon, lysklima og vannkjemi via artsmangfold til næringskjeder og økologi. Marinbiologen eller limnologen som forsker spesialiserer seg på mer avgrensede problemstillinger. Fram til slutten av 1700-tallet kunne den beleste naturviter ha en relativt god oversikt over hva man visste innen de ulike retningene av biologi. Fram til 1950-årene kunne også en allsidig interessert biolog med en viss rett påberope seg en oversikt over hele fagfeltet biologi, men siden da har biologiens tre forgreinet seg med en slik fart at dette er blitt en umulighet.

Der ett tidsskrift for 50 år siden kunne dekke ett fagfelt, er det i dag ofte 10 eller flere som dekker det samme område, og antall artikler har eksplodert.

Norges første kvinnelige professor, Kristine Bonnevie (1872– 1948), var en foregangskvinne på mange områder og en sentral aktør innenfor biologi ved forrige århundreskifte. Etter opphold

hva er biololgi Page 17 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



i Zürich og Würtzburg ble hun en av de nasjonale pionerer i cellebiologi, og gjorde banebrytende studier av kromosomutvikling i kjønnsceller. Med basis i disse studiene tok hun sin doktorgrad i 1906. I 1912 ble hun utnevnt til professor i zoologi i Oslo, før hun i 1914 ble en av de sentrale forskere innen humangenetikk. Den allsidige Bonnevie kunne, om hun hadde villet, påberope seg en god oversikt over alt som foregikk innen biologi. Hun kjente godt til biologiens gamle paradegreiner, og hun kjente selvsagt den moderne biologien, utviklingsbiologi og genetikk, som var hennes egne favoritter.

Vi har innen nesten alle fagfelt sett en sterk faglig oppsplitting i spesialdisipliner. Biologien er intet unntak her. Den følelse av enhet som må ha preget biologimiljøet ved forrige århundreskifte, er gått tapt. Generalisten eller holisten med den store oversikt er blitt en sjelden fugl i naturvitenskapen. Innenfor hvert av de ulike fagområder er mulighetene for spesialisering nær sagt uendelige. Innenfor cellebiologi kan man for eksempel godt bygge sin karriere på studier av foldingsmønsteret hos et spesifikt protein i hamsterhjerner, og innenfor toksikologi kan man få utgitt en rekke publikasjoner på effekter av nedbrytningsprodukter av DDT på enzymaktiviteten i lever hos unge rotter under sult. Økologen kan vie 20 års intensiv arbeidsinnsats til studier av hvordan mikroskopiske arter av dyreplankton beiter på enda mindre algeceller i innsjøer som mottar for mye fosfor.

Den faglige oppsplittingen betyr også at biologen selv er blitt en sammensatt skikkelse. Du kan påtreffe ham eller henne med slagstøvler og kikkert i skogen, på havet eller isen i Arktis opptatt med feltstudier, med hvit frakk og pipette i laboratoriet eller foran PC-en, opptatt med matematiske modeller eller simuleringer av syntetiske data. Biologi er blitt såpass teoretisert at selv den mest svorne feltbiolog tilbringer mer av sin tid på kontoret med databearbeiding enn med datainnsamling ute i naturen.

hva er biololgi Page 18 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

Biologi som vitenskap Jeg minnes en natt på laben. Jeg var stipendiat, og vi hadde arbeidet lange dager med prøveinnsamling og eksperimenter i en innsjø. Vi hadde tilsatt ulike typer radioaktive isotoper i innhegninger for å studere karbonets uransakelige veier i økosystemet. Nå var sannhetens time kommet. I løpet av natten ville resultatene tikke ut på scintillasjonstelleren (et instrument for å måle radioaktivitet), og etter hvert som natten og stillheten senket seg i det store biologibygget, var det lett for en ung stipendiat å føle at dette ikke bare sto om et vellykket eller mislykket eksperiment, men om hele doktorgraden – og med det hele karrieren. Det var ingen mulighet for søvn før svaret ville foreligge en gang ut på morgenkvisten.

Selve essensen i det å være forsker, er å etterprøve ideer eller hypoteser. Etter lange dager, uker eller måneder med prøvetaking står du på laboratoriet en sen kveldstime og ser dataene lyse opp i displayet på analyseinstrumentet. Du tegner resultatene inn på en kurve og ser det mønsteret du håpet på. Pulsen stiger, det er ikke tid for mat eller søvn. Du har funnet noe nytt, en sammenheng ingen har tenkt på tidligere, og føyd en ny brikke av viten til det store puslespillet. Det neste høydepunkt er når du, etter nye uker med statistisk behandling og testing av data, har sannsynliggjort at din hypotese holder vann, og fått antatt din artikkel i et velrenommert internasjonalt tidsskrift. Den er vurdert av kollegaer og tidsskriftredaktører, godkjent og anerkjent, og dine funn er klare for den store verden.

Nå følger langt fra all biologisk forskning denne klassiske oppskriften; at forskeren gjennom observasjon og eksperimenter bekrefter sin gode og nye hypotese. Den traurige sannhet er ofte at den geniale teorien ikke stemmer, det var ingen sammenheng. Eller at det avdekkes et helt uventet mønster som gir opphav til en ny hypotese; mange av de virkelig nye innsikter er hentet ut av uventede resultater.

hva er biololgi Page 19 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



Den klassiske naturvitenskapelige arbeidsmåte starter med en observasjon. Den nysgjerrige forsker vil umiddelbart spørre seg om hvorfor det er slik, hvordan kan dette henge sammen – og tenke seg noen mulige løsninger, eller hypoteser. Gjennom eksperimenter og studier vil hun raskt avsløre at et par av hypotesene umulig kan holde stikk, kanskje sågar den hun på forhånd trodde mest på, og disse må så forkastes. Gradvis avskalles mulighetene inntil en siste hypotese gjenstår, en som ikke er falsifisert (vist å være ugyldig).

Nå behøver ikke det å bety at denne hypotesen er riktig, det kan jo være at fantasien ikke strakk til da hypotesene først ble satt opp. Svært mye biologisk forskning dreier seg om å avdekke årsakssammenhenger, og beklageligvis for hypotesemakeren byr naturen sjelden på entydige årsakssammenhenger, men desto oftere på et komplisert sett av årsaker som alle gir sitt lille bidrag til et observert fenomen. Er plantevekst begrenset av tilgangen på temperatur, vann, lys, næringsstoffer som nitrogen og/eller fosfor? Eller er konkurranse med andre planter, beiting og parasitter viktigst? It depends, som det gjerne heter. Den klassiske måten å teste ut dette på i et gitt plantesamfunn, vil være å tilføre eller fjerne de ulike faktorer enkeltvis og i kombinasjon og så for eksempel sammenlikne tilvekst med tilført mengde av for eksempel vann. En sterk samvariasjon (mer vann gir mer planter), altså en høy korrelasjon, vil her gi en klar indikasjon på at vann er viktig. Manglende respons på økt tilsetning av fosfor vil tilsvarende indikere at mer av dette elementet, under de gitte betingelser, er av marginal interesse for plantene fordi de har nok av det. Her er fordelen med eksperimenter, man behøver ikke å forholde seg til en kompleks natur hvor effektene er mange og vanskelige å skille fra hverandre. I et eksperiment kan man teste sine hypoteser ved å manipulere en og en, eller et fåtall utvalgte faktorer man tror kan ha en effekt.

hva er biololgi Page 20 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

Nå lar ikke all natur seg flytte inn på laboratoriet, og forskning byr ikke alltid på klare fasitsvar. Svært mye av økologisk forskning dreier seg om å sannsynliggjøre årsakssammenhenger.

Der observasjoner, analysedata og de statistiske indisier entydig peker på en logisk forklaring, vil man som regel godta denne, selv om en slik sammenheng i og for seg ikke beviser noe. Statistisk var det som kjent i mange år en entydig sammenheng mellom nedgang i antall storker og barnefødsler i Danmark. Den statistiske argumentasjonen kunne nok være overbevisende, men det manglet en logisk kausalitet.

Den største av alle biologiske ideer, Charles Darwins teori om livets utvikling og artenes tilblivelse, hadde utpreget karakter av puslespill. Charles Darwin mønstret på Beagle i 1831 som teologistudent (rett nok med en oppgave som ekspedisjonens «naturalist») og etter alt å dømme uten noen spesiell mistanke om at det skulle ha foregått noen form for utvikling av livet på jorda.

(Selv om hans farfar, Erasmus Darwin, faktisk hadde forfektet slike kjetterske synspunkter.) Underveis i fem år ble han imidlertid slått av likhetstrekk mellom utdødde og nålevende dyr, av gradvise overganger mellom arter som levde isolert på øyer, og av en påfallende lokal tilpasning hos mange arter. Den utdødde glyptodonten, kjempebeltedyret, som han fant rester av i SørAmerika, var en kjempe på et par tonn, men samtidig slående lik de fortsatt eksisterende beltedyrene som normalt veier mindre enn fem kilo. De store landskilpaddene på de forskjellige Galapagosøyene var like, men hadde samtidig påfallende forskjeller fra øy til øy. Senere skulle de ulike finkeartene fra samme øygruppe illustrere dette fenomenet enda bedre. Observasjonene ble gjort, og det store spørsmål må ha dukket opp mot slutten av reisen. Den rådende forestilling, som var mer av et dogme enn en hypotese, var at artene var skapt og uforanderlige. Den alternative hypotese var den at det var et slektskap og

hva er biololgi Page 21 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



en utviklingslinje som forbandt alle arter. For å gå veien fra påstand til troverdig hypotese måtte det også foreligge noen forklaringer på hvordan en slik utvikling kunne foregå. Vel hjemme i 1836 modnet tanken seg, den ble supplert med nye observasjoner og ikke minst paralleller til seleksjon av husdyr.

Møysommelig stablet han indisier til sitt byggverk gjennom de kommende 23 år, vel vitende om at han var utelukket fra å kunne bevise sin hypotese eksperimentelt.

Hypoteser kan gå ut på dato. Nye ideer og nye tester gjør at den gamle hypotesen må vike. Dette er forskningens essens, men kanskje det meste av forskning går ut på å bekrefte eksisterende antakelser eller prinsipper med nye funn. Darwins opprinnelige hypotese er det beste eksempel på dette. Man kan strides om i hvilken grad den kan anses som bevist, Darwin kjente ikke prinsippene for arv og tok feil i flere av sine antakelser, men hans hovedteori bak livets utvikling er blitt styrket gjennom hundretusenvis av observasjoner og artikler i de 150 år som er gått siden Origin of Species kom ut i 1859. Den er sannsynliggjort hinsides tvil, selv om det rent teoretisk kan dukke opp en annen forklaring. Mye av biologisk forskning går som sagt ut på å akkumulere viten om økosystemer, arter, individer, celler, gener – og så sant vi stoler på våre sanser, logikk og instrumenter, må i alle fall observasjonene som sådanne anses for fakta.

Er det så noen prinsipiell forskjell på biologisk forskning og annen forskning?

Reduksjonisme og holisme Fellestrekk ved naturvitenskapelig forskning er for det første at den er empirisk (dvs. erfaringsbasert); det samles inn data, det måles, veies og analyseres for å finne årsakssammenhenger. Dernest arbeider man ofte etter reduksjonistiske prinsipper, det vil si

hva er biololgi Page 22 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

at man søker forklaring på enkeltfenomener som til sammen kan utgjøre en større helhet. Man kan ikke forstå tankeprosesser uten å studere hvordan hjernen er bygd opp, dette igjen forutsetter at man forstår nervecellers oppbygning og funksjon, dernest de signalstoffer som påvirker nerveceller, de genene som ligger bak det hele, elektriske signaler og de molekyler som danner de elektriske signalene, osv. …

Den reduksjonistiske arbeidsmetode har vært en suksess og en forutsetning for det meste av banebrytende, naturvitenskapelige oppdagelser. Metoden har imidlertid sine åpenbare begrensninger. Biologiske fenomener kan godt reduseres videre til kjemiske og fysiske prinsipper, hvilket har fått enkelte fysikere til overmodig å hevde at egentlig er alt fysikk. Prinsipielt og rent teoretisk kan påstanden ha noe for seg, men som metode er imidlertid reduksjonismen da blitt absurd. Man kan ikke dedusere evolusjon eller atferd hos dyr eller mennesker fra fysiske lover.

Begrepet reduksjonisme har i mange sammenhenger fått en utpreget negativ valør, og nevnes i samme åndedrag som sneversyn og faglige skylapper. Skepsisen til reduksjonisme har vært berettiget der overmodige naturvitere har forsøkt seg på totalforklaringer på makrokosmos ved studier av mikrokosmos.

Ett eksempel kan være i den grad enkelte har hevdet at man kan «forklare mennesket» ved å nøste opp vårt arvemateriale, eller forklare bevisstheten og jeget gjennom nevroanatomi eller hjernescanning.

På den andre siden lærer man heller ikke så mye om hjernen ved å studere den bokstavelig talt fra oven og spekulere over hva bevissthet består i og hvor sjelen befinner seg. De miljøer som faktisk kan vise til en viss suksess i tilnærmingen av slike komplekse fenomener som bevissthet og «jeg»-følelse, er nettopp de som har forstått at holistisk innsikt skapes best ved samarbeid mellom folk som kan si noe meningsfylt om sitt hjørne av

hva er biololgi Page 23 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM

1 biosLogos – å forstå livet



universet; altså konsortier av genetikere, biokjemikere, nevro(bio)loger, psykologer, sosiologer og filosofer. Et av mine egne forskningsområder går ut på å studere hvordan cellevekst gjensidig reguleres ved tilgangen på elementene karbon og fosfor, videre hvordan dette regulerer cellenes omsetning av karbon.

Dette igjen gir innsikt i karbonstrøm i næringskjeder og økosystemer. Vi mener med dette også å gi innsikt i de fundamentale prinsipper for biologisk regulering av klodens karbonbalanse – som altså er avgjørende for klimaet. Vi starter i den utpreget reduksjonistiske enden av skalaen; atomer, gener og prosesser inne i cellen, men kommer ut i den andre enden med en utpreget holistisk ambisjon.

Naturvitenskapene befatter seg altså med mye, men sjelden med normative eller verdirelaterte problemstillinger til tross for at nettopp de naturvitenskapelige nyvinninger ofte innebærer etiske og normative problemstillinger. Naturvitenskapen som fagfelt har tradisjonelt nøyd seg med å beskrive årsakssammenhenger uten å mene så mye om eventuelle etiske spørsmål som måtte følge i kjølvannet av oppdagelsene – eller anvendelsen av disse. Atomteknologi, informasjonsteknologi og bioteknologi er vitenskapens og menneskehjernens triumfer, de bygger på nysgjerrighetsdrevet grunnforskning og er utviklet med «framskrittet og menneskehetens beste» som siktemål uten at det nødvendigvis har vært gjenstand for all verdens etiske avveininger underveis. De potensielle etiske problemer knyttet til disse teknologiene er imidlertid åpenbare, og noe av den skepsis som naturvitenskapen er blitt møtt med etter 1950- og 60-årenes grenseløse teknologioptimisme og tiltro til naturvitenskapene, skyldes utvilsomt en følelse av at naturvitenskapen var i stand til det meste, på godt og vondt, og at forskerne i stor grad arbeidet med moralske skylapper. Et annet moment er at naturvitenskapen ikke nødvendigvis gir de svar vi ønsker, og ikke heller kan til-

hva er biololgi Page 24 Wednesday, April 6, 2005 2:58 PM



hva er biologi

fredsstille lengselen etter mystikk og det uforklarlige som ligger dypt rotfestet hos mange. Når det gjelder faget biologi, er det, foruten bio- eller genteknologi, først og fremst på områder der biologer har ment mye om mennesket at den etiske dimensjonen er blitt etterlyst. At faget som sådant ikke har normative problemstillinger som et sentralt anliggende, betyr imidlertid ikke at etikk er fraværende. Ikke minst innen undervisning har etikk i økende grad blitt inkorporert.

Vi skal komme tilbake til disse spørsmålene både i kapittelet om biologisk mangfold og artsbevaring og i siste kapittel under temaet biologien og mennesket. Først og fremst er altså biologi læren om livet, og selv om det ikke er vanskelig å argumentere for at dette er kunnskap som kan være både nyttig og nødvendig, så er det viktigste ved biologien, som andre fag, å forstå. Det er trangen til innsikt og gleden ved kunnskap i seg selv, kanskje menneskets fremste adelsmerke, som er essensen. De siste hundre års økte kunnskap innen biologi er som å stå på en fjelltopp en tåkete morgen og undre seg over hva som skjuler seg der ute.

Gradvis kommer de første solstrålene, tåken begynner å lette, og vi aner konturene av et fascinerende landskap. Tåken letter mer, vi ser fargene og mangfoldet. Til slutt ligger et storslått landskap der badet i sol, men skogsdypet der nede skjuler fortsatt et vell av hemmeligheter …

Videre lesning Mayr, Ernst. 1997. This is Biology. The Science of the Living World. Belknap Press, Harvard.

Uddenberg, Nils. 2003. Idéer om livet, Bind I & II. Natur och Kultur, Stockholm.

Hva er funksjonshemming.indd 6

16.08.2010 13:56:52

omslag_2.opplag.qxd:omslag1

27-09-11

10:06

Side 1

9

BIOLOGI

ISBN-10: 82-15-00663-9

www.universitetsforlaget.no

BIOLOGI

www.universitetsforlaget.no

Dag Olav Hessen

ISBN-13: 978-82-15-00663-5

hva er Dag Olav Hessen

Dag Olav Hessen (f. 1956) er professor i biologi ved Universitetet i Oslo, har mottatt Norges Forskningsråds formidlingspris og utgitt en rekke bøker, blant annet Gener, Gud og Gaia (2003), Mennesket i et nytt lys. Darwinisme og utviklingslære i Norge (2002) og Egoisme (1999, med Thomas Hylland Eriksen).

Universitetsforlaget har utfordret noen av Norges fremste fagformidlere til å gi svar på krevende spørsmål. hva er-bøkene er velskrevne introduksjoner som gir begynneren stimulerende møter med ukjente tema, og den viderekomne nye perspektiver.

hva er

hva er hva er BIOLOGI gir en spennende og engasjert introduksjon til læren om livet. Forfatteren fører leseren fra de tidlige forsøkene på å kartlegge naturens mangfold, til evolusjonslæren, økologien, genetikken og bioteknologien.

Vi møter biologer i felten og i laboratoriet, utro mus og menn, knelere som spiser sine elskede, bananfluer på genetikklabben, altruistiske maur og motstandsdyktige bakterier. Forfatteren diskuterer biologiens muligheter og begrensninger: Styres atferden vår av gener? Bør det settes grenser for bioteknologien? Er det noen sammenheng mellom økologi og miljøvern?