Cellulær design: Mer enn informasjon, det er manifestasjonen av en idé
Eric Hedin 10. juli 2026. Oversatt herfra

Nylig hadde jeg en interessant samtale med en venn som delte en idé om hvorfor digitale medier presentert på LED-skjermer kanskje ikke ser like «ekte» ut som bilder på gammeldags fotofilm. Ideen berørte observasjonen om at naturen primært består av objekter som er avrundede eller sirkulære i tverrsnitt. I motsetning til dette bruker LED-skjermer en matrise av firkantede piksler for å generere et bilde fra passende formatert digital informasjon.

Bilde 1. En dyrecelle

En fundamental mismatch
Uansett om denne visuelle effekten er grunnlaget for forskjeller i persepsjon, førte samtalen vår til at jeg lurte på en fundamental mismatch mellom digital informasjon og levende organismer. Siden oppdagelsen av DNA og den genetiske koden har det blitt populært å beskrive liv som informasjon. Pågående forskning har imidlertid begynt å antyde at den genetiske informasjonen som er kodet i DNA, er utilstrekkelig til å styre utviklingen og styringen av cellene i en organisme, med epigenetisk kontroll som spiller en viktig rolle. Tesen om det immaterielle genomet, brakt frem i lyset av Richard Sternberg, flytter grensene ytterligere.
Jeg vil forsøke å beskrive et ytterligere aspekt ved levende organismer som fremhever deres «helhet» og negerer muligheten for å redusere liv til informasjon.

Liv er mer enn informasjon, siden en levende celle ikke kan settes sammen fra et instruksjonssett som spesifiserer plasseringen av komponentene i en celle atom for atom. Kunnskap om den nødvendige informasjonen er ikke tilstrekkelig for montering. Hvorfor det? Vi snakker om komponentene i en celle som et komplekst spesifisert arrangement av atombestanddeler, men sammenstillingen av disse bestanddelene ville ikke være statisk eller i likevekt under noen tenkelig monteringsprosess.
De fysiokjemiske kreftene (den elektromagnetiske kraften som manifesterer seg mellom atomer og molekylære strukturer) er alltid til stede og aktivt involvert i å forme, bevege og begrense hver molekylære komponent i cellen. Komponentene i en celle er alle elektromagnetisk ladede partikler, og ethvert forsøk på å plassere dem nøye sekvensielt i sine foreskrevne posisjoner ville bli frustrert av ubalanserte interpartikkelkrefter som uunngåelig ville fortrenge dem.

Et tankeeksperiment
Se for deg å prøve å bygge en levende celle atom for atom med en futuristisk avansert 3D-"atomprinter". Dagens teknologi kan "printe" et stoff som inneholder levedyktige celler, men dette er langt fra molekylær eller atomisk bottom-up-konstruksjon. 3D-bioprinting, slik vi ser for oss i dag, fokuserer på å produsere konstruerte vev. Et fremtidig mål er å 3D-printe funksjonelle erstatningsorganer, men deres differensierte struktur og delikate levedyktighetsforhold gjør dette svært utfordrende.1

Selv om det er oppnådd betydelig suksess innen konstruerte vev, både i forskning og kliniske applikasjoner, er det åpenbart at komplekse 3D-organer krever mer presise flercellede strukturer med integrering av vaskulære og nevrale nettverk.
Når man kjenner den nøyaktige indre strukturen til et målorgan, kan man tenke seg å programmere en 3D-printingsprosess for å produsere et slikt organ ved hjelp av høstede eller laboratoriedyrkede celler. Men de levende cellene som finnes i forskjellige vev og organer, oppsto alle fra eksisterende celler. På den annen side, hvis vi foreslår å forklare eksistensen av disse første cellene, eller å lage en celle "fra bunnen av", møter vi en vanskelighet som er uoverkommelig med mer detaljert informasjon om cellens indre struktur.

Bilde 2. Fysiske krefter virker

Å bygge et komplekst molekyl trinn for trinn ved hjelp av en hvilken som helst 3D-printingsprosess vil åpenbart innebære en tidsforsinkelse mellom begynnelsen av byggingen og fullføringen av en hvilken som helst struktur. I løpet av denne tiden, uansett hvor kort den måtte være, vil den mellomliggende plasseringen av atomene ikke klare å "holde seg på plass". Inne i en levende celle er nesten alle molekylære strukturer differensierte, ikke-homogene og tredimensjonale. å bygge opp en 3D-molekylær struktur ved å skrive ut 2D-lag etter hverandre vil mislykkes fordi de elektriske feltene og kreftene på den plane overflaten av en struktur vil forvrenge atomarrangementet ut av den tiltenkte justeringen som en ferdig 3D-struktur. De samme begrensningene vil også gjelde for å bygge opp cellen fra eksisterende molekylære komponenter.

Når vi bygger en makroskopisk struktur, trenger vi bare å bekymre oss for effekten av én grunnleggende ekstern kraft - nemlig tyngdekraften, med dens ensartede nedadgående trekk. Vi er vant til tyngdekraftens effekter, og vi forstår generelt hvordan vi skal ta hensyn til den under ethvert byggeprosjekt. Vi legger et sterkt fundament og bruker støttebjelker som er sterke nok til å bære vekten av overliggende strukturer.

En inhomogen 3D-molekylstruktur
Men på interatomært nivå kan elektriske krefter trekke ujevnt og i alle retninger. Mikroskala-teknikk kan involvere elektriske krefter i kjemisk dampavsetning eller atomlagsavsetning, som kan avsette enkeltatomlag på et forberedt substrat. Imidlertid produserer disse prosessene ensartede overflatelag. De kan ikke brukes til å danne en inhomogen 3D-molekylstruktur.

Bilde 3. 3D-stuktur bestemmer funksjon hos proteiner

Cellulær funksjon avhenger ikke bare av den opprinnelige arrangementet av molekylære bestanddeler, men også av deres dynamiske omorganisering på grunn av ulike manifestasjoner av den elektromagnetiske kraften. I forsøket på å "konstruere" en levende celle, vil interatomære krefter som kontinuerlig er i spill, ha potensial til å forstyrre ethvert forsøk på å sette sammen cellulære komponenter - eller de kan være kritisk nødvendige for å fullføre det.
Innenfor en levende celle er dannelsen av essensielle biomolekyler ikke bare avhengig av informasjon for, for eksempel, sekvensielt å velge aminosyrer i konstruksjonen av et enzym, men også av elektromagnetiske krefter for å forme aminosyrekjeden til en funksjonell tredimensjonal proteinstruktur. I tillegg, i den embryonale utviklingen av en flercellet organisme, involverer celledeling til slutt grenseelektromagnetiske krefter for å forme den utviklende organismen til en asymmetrisk 3D-form som kontinuerlig gjennomgår dynamisk intern og ekstern reformasjon.
Som nevnt i en tidligere Science and Culture-artikkel av Cornelius Hunter om embryonal utvikling, gir forskere «en ganske direkte innrømmelse av problemets omfang, noe som ikke ofte sees i litteraturen.»

Som sitert av Hunter, beskriver forskere
...den svimlende kompleksiteten og mangfoldet av cellulære og utviklingsmessige reguleringsprosesser. Konfigurasjonsrommet for realistiske modeller av slike systemer er enormt, høydimensjonalt og potensielt uendelig komplekst.

Den fundamentale frakoblingen
Når man tar i betraktning den fundamentale frakoblingen mellom en levende celleorganisme og ethvert reduksjonistisk forsøk på å redusere dens sammensetning og funksjonalitet til biter av informasjon, hvilket alternativ presenterer seg som en tilstrekkelig forklaring på livets design? Michael Polanyi beskriver hvordan han understreker frakoblingen mellom informasjonen kodet inn i DNA og de underliggende fundamentale kreftene som en irreduserbar «grensebetingelse».
Mønsteret av organiske baser i DNA som fungerer som en genetisk kode, er en grensebetingelse som ikke kan reduseres i fysikk og kjemi.
I Polanyis observasjon blir grensebetingelsen en immateriell forutsetning for liv, noe som peker mot intelligent design. Den opprinnelige visdommen om livets design manifesterer dypt fremsyn som ser for seg funksjonaliteten til helheten, og inkluderer fullstendig kunnskap om hvordan individuelle cellulære komponenter og systemer samhandler med hverandre. I den reduksjonistiske tilnærmingen dissekerer vi helheten for å «se» hvordan ulike deler kan fungere.

Bilde 4. I livet henger alt sammen med alt

Men i livet fungerer ingenting isolert, alt er gjensidig avhengig.
Den gjensidige avhengigheten i livets celler begynner med krefter mellom partikler på atomnivå, fortsetter med intermolekylære krefter og eskalerer til kontinuerlige intercellulære og systemiske krefter som genererer en dynamisk homeostase for hele den levende organismen. Alt liv kan passende beskrives som manifestasjonen av en idé - en idé dypt utstyrt med visdom som forestilte seg og skapte helheten, fra den første cellen til en fullt levende skapning.

Referanser:
1. Cui H, Nowicki M, Fisher JP, Zhang LG. 3D Bioprinting for Organ Regeneration. Adv Healthc Mater. 2017 Jan;6(1), https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5313259/.↩︎

Eric Hedin

Eric R. Hedin fikk sin doktorgrad i eksperimentell plasmafysikk fra University of Washington og gjennomførte postdoktoral forskning ved Royal Institute of Technology i Stockholm, Sverige. Han har fungert som professor i fysikk og astronomi ved Taylor University og Ball State University i Indiana, og ved Biola University i Sør -California. Hos Ball State fokuserte hans forskningsinteresser på beregningsmessig nano-elektronikk og høyere dimensjonal fysikk.

Oversettelse, med tillatelse, og bilder ved Asbørn E. Lund