Ewolucja wymagająca i niewymagająca wielu jednoczesnych zmianCzas czytania: 12 min

Niniejszy tekst stanowi jedenastą część recenzji książki Jasona Rosenhouse’a, The Failures of Mathematical Anti-Evolutionism, Cambridge University Press, New York 2022, s. 310. Cała recenzja w języku angielskim dostępna jest również na stronie internetowej autora: BillDembski.com.

Darwinizm jest wierny idei stopniowej ewolucji, zachodzącej krok po kroku na zasadzie pojedynczych zmian mutacyjnych. Za poglądem tym przemawia mocna probabilistyczna przesłanka, mająca związek z pojęciem wyspecyfikowanej złożoności, czy też – jak można by uznać – stanowiąca reakcję na nie. Alternatywę dla pojedynczych zmian mutacyjnych stanowią liczne, jednoczesne zmiany mutacyjne. Gdyby jednoczesne zmiany były wymagane w procesie ewolucji, to kroki, którymi postępowałyby procesy darwinowskie, byłyby mało prawdopodobne, a tym samym darwinowska teoria ewolucji przestałaby być wiarygodna. Tak sam Karol Darwin wyraził to w O powstawaniu gatunków: „Jeśliby można było wykazać, że istnieje jakikolwiek narząd złożony, który nie mógłby być utworzony na drodze licznych, następujących po sobie, drobnych przekształceń – teoria moja musiałaby absolutnie upaść. Wszelako takiego przykładu nie znalazłem”¹.

„Małe kroki mutacyjne”

Rzecz jasna, Darwin nie miał na myśli wyłącznie licznych, następujących po sobie, drobnych przekształceń jako takich. Co przecież nie może powstać stopniowo przy braku jakichkolwiek ograniczeń? Każdy układ części może, w zasadzie, być budowany po jednej części naraz, czyli stopniowo. W przekonaniu Darwina ograniczenie wprowadzał oczywiście dobór naturalny. Drobnymi przekształceniami akceptowalnymi z punktu widzenia Darwina były te, których każda modyfikacja dawała przewagę selekcyjną. W wyżej przytoczonym cytacie z O powstawaniu gatunków Darwin bronił przecież swojej teorii. Podobnie jak jego współcześni uczniowie, był on przekonany, że wszystkie zmiany ewolucyjne są stopniowe, a dobór naturalny zatwierdza każdy etap tego procesu. Obecnie uważamy, że te zmiany mają charakter mutacji, a najbardziej stopniowa z nich jest pojedyncza zmiana mutacyjna. Jasona Rosenhouse’a najwyraźniej przekonuje ten pogląd, ponieważ we fragmencie cytowanym już w niniejszej serii tekstów wskazuje na to, że wszystkie adaptacje biologiczne „da się rozłożyć na małe kroki mutacyjne”².

Aby więc podważyć pogląd, że wszystkie adaptacje biologiczne mogą powstawać drogą pojedynczych zmian mutacyjnych, w następujących po sobie maleńkich krokach, wystarczy wykazać, że niektóre adaptacje nie mogą powstać w taki stopniowy sposób, lecz wymagają zajścia wielu jednoczesnych zmian. Wcześniej w tej serii tekstów wskazywałem na to, że nieredukowalna i wyspecyfikowana złożoność stanowią kontrprzykłady darwinowskiej ewolucji, podkreślając, że wznoszą one ogromną barierę dla doboru naturalnego oddziałującego na skutki losowych zmian. Teraz chciałbym głębiej przeanalizować tę barierę, a w szczególności to, jak wyniki badań niektórych moich kolegów oraz badań prowadzonych przeze mnie, wskazujące na potrzebę wielu jednoczesnych mutacji w procesie ewolucji, obalają argumentację Rosenhouse’a na rzecz darwinowskiego gradualizmu.

Wyzwanie

W celu zrozumienia, jak duże wyzwanie dla darwinowskiej teorii ewolucji stanowią wielokrotne, jednoczesne zmiany, ponownie przyjrzyjmy się zagadnieniu ewolucji na nieciągłym hipersześcianie³. W tym przypadku punktem wyjścia ewolucji są same zera, czyli (0, 0, …, 0), a punktem końcowym same setki, to jest (100, 100, …, 100). Ewolucja przebiega od jednego elementu ścieżki hipersześcianu do kolejnego, przy czym do wypróbowania jest dwustu sąsiadów, zaś prawdopodobieństwo znalezienia kolejnego elementu ścieżki wynosi dla każdej próby 1 na 200. Jak już wspominałem, jest to ciąg geometryczny, a więc średnia liczba prób na udany krok ewolucyjny jest równa 200, a skoro cała ścieżka ma 10 000 kroków, to średnia liczba prób lub – innymi słowy – czas oczekiwania przy przejściu od (0, 0, …, 0) do (100, 100, …, 100) jest równa 2 000 000. Niektóre bakterie powielają się co każde dwadzieścia minut. Jeśli więc życie istnieje na Ziemi od około czterech miliardów lat, to górna granica dowolnej linii ewolucyjnej na Ziemi wynosi w przybliżeniu sto bilionów pokoleń. W związku z tym wykonanie 2 000 000 prób jest jak najbardziej realne.

Co by jednak było, gdyby ewolucja na hipersześcianie wymagała dwóch jednoczesnych udanych prób – znalezienia jednego sąsiada i zarazem drugiego – aby wykonać kolejny udany krok ewolucyjny? Skoro próby te musiałyby być udane jednocześnie, to są probabilistycznie niezależne, a prawdopodobieństwa się mnożą. W związku z tym prawdopodobieństwo dokonania dwóch jednoczesnych udanych prób wynosi 1/200 × 1/200, czyli 1 na 40 000. Oczywiście każdy krok dotyczy teraz dwóch sąsiadów, a więc całkowita liczba kroków potrzebnych do przejścia od (0, 0, …, 0) do (100, 100, …, 100) spada do 5 000. Mimo to całkowity czas oczekiwania dla takiego przejścia wynosi w tym przypadku 40 000 × 5 000, czyli 200 000 000. Jest to stukrotny wzrost w porównaniu z próbami niejednoczesnymi, ale i tak mniejszy niż sto bilionów, czyli niż maksymalna liczba pokoleń w dowolnej linii ewolucyjnej na Ziemi.

Podnieśmy jednak poprzeczkę

Co by było, gdyby ewolucja na hipersześcianie wymagała pięciu jednoczesnych udanych prób – znalezienia jednego sąsiada i następnie czterech kolejnych – aby wykonać kolejny krok ewolucyjny? Skoro próby te musiałyby być udane jednocześnie, to są probabilistycznie niezależne, a prawdopodobieństwa się mnożą. W związku z tym prawdopodobieństwo dokonania pięciu jednoczesnych udanych prób wynosi 1/200 × 1/200 × 1/200 × 1/200 × 1/200, czyli 1 na 320 miliardów. Każdy krok dotyczy teraz pięciu sąsiadów, a więc całkowita liczba kroków potrzebnych do przejścia od (0, 0, …, 0) do (100, 100, …, 100) spada do 2 000. Mimo to całkowity czas oczekiwania dla takiego przejścia wynosi w tym przypadku 2 000 × 320 miliardów, czyli 640 bilionów. Jest to wzrost o czynnik 320 milionów w porównaniu z próbami niejednoczesnymi, co znacznie przekracza sto bilionów, czyli maksymalną liczbę pokoleń w dowolnej linii ewolucyjnej na Ziemi.

Przykład ten jasno pokazuje, że jeśli ewolucja wymaga jednoczesnych udanych prób (czyli jednoczesnych zmian mutacyjnych), to darwinowska teoria ewolucji nie ma szans na powodzenie. W takim przypadku czasy oczekiwania (ściśle korelujące z małymi prawdopodobieństwami) stają się po prostu zbyt długie, by ewolucja mogła dokonać czegoś interesującego. Oczywiście przykład hipersześcianu jest zmyślony, ale istnieją rzeczywiste przykłady ewolucji, które zdają się wymagać nie sukcesywnych, lecz jednoczesnych zmian mutacyjnych. Michael Behe szczegółowo przeanalizował jeden taki przykład w swojej drugiej książce, zatytułowanej Granica ewolucji⁴. Zauważył w niej, że uzyskanie oporności na chlorochinę przez zarodźca malarii Plasmodium wymagało dwóch konkretnych zmian w aminokwasach, a więc i odpowiednich zmian genetycznych. Takie zmiany występują rzadko i są zgodne z koncepcją jednoczesnych zmian mutacyjnych. Oporność na chlorochinę pojawia się u zarodźców malarii mniej więcej raz na 10^20 przypadków. Liczby te są kłopotliwe dla stopniowego, darwinowskiego procesu ewolucji.

Mimo to Rosenhouse, powołując się na argumentację Kennetha Millera, pozostaje nieprzekonany⁵. W swojej książce Rosenhouse zawsze daje ostatnie słowo krytykom teorii inteligentnego projektu. Miller zarzuca Behemu, że w sztuczny sposób wyklucza dobór kumulatywny i przez to nie udaje mu się zapewnić mocnych podstaw argumentowi na rzecz wystąpienia jednoczesnych mutacji. Jednak darwiniści, broniąc idei doboru kumulatywnego, wymagają od krytyków zidentyfikowania i wykluczenia każdej możliwej ścieżki ewolucyjnej – to przecież zadanie, które zajęłoby nieskończoną ilość czasu, a więc niemożliwe do zrealizowania. Bardzo pouczająca jest odpowiedź, którą Behe udzielił Millerowi, a o której Rosenhouse w ogóle nie wspomniał. Oto dłuższy jej fragment:

Na ogół darwiniści nie mają w zwyczaju uzupełniania swoich spekulacji danymi ilościowymi. Podstawowym przesłaniem książki Granica ewolucji jest jednak to, że takie dane są już dostępne. Zamiast wyobrażać sobie, do czego zdolne są losowe mutacje i dobór naturalny, możemy przyjrzeć się temu, czego rzeczywiście udało im się dokonać. A kiedy przyglądamy się najlepszym, najklarowniejszym przykładom, widzimy, że rezultaty są – delikatnie mówiąc – dość skromne. Ciągle dostrzegamy, że skutki losowych mutacji są wzajemnie niespójne i z większym prawdopodobieństwem prowadzą do degradacji genomu niż do jego rozbudowania – a chodzi tu przecież o „korzystne” losowe mutacje, które uległy pozytywnej selekcji.

Miller twierdzi, że wykluczyłem dobór kumulatywny i postawiłem wymóg, aby Plasmodium falciparum dotarła do z góry wyznaczonego celu. Schlebia mi, że jego zdaniem mam takie zdolności. Zarodziec malarii nie słucha jednak ani moich, ani czyichkolwiek rozkazów. Nie posiadam zdolności do wykluczania bądź wymagania czegokolwiek. Zarodziec mógł w stanie natury znaleźć dowolne korzystne dla siebie rozwiązanie i to obierając dowolną dostępną w danym czasie ścieżkę mutacyjną. Po prostu zdałem relację z tego, co zarodźcowi udało się osiągnąć. Uwzględniwszy liczbę 10^20 okazji, należałoby się spodziewać, że dojdzie u niego do ogromnej liczby wszelkiego rodzaju mutacji – substytucji, delecji, insercji, duplikacji genów i tak dalej. A jednak spośród tej astronomicznej liczby okazji jakikolwiek pożytek przyniosło mu co najwyżej kilka mutacji⁶.

Podobne krytyki

Wyniki przeprowadzonych przez Douglasa Axe’a badań ewolucji nowych sfałdowań białkowych w przypadku enzymów⁷ spotykają się z takim samym schematem krytyki ze strony Rosenhouse’a. Axe wskazał na konieczność wystąpienia wielu skoordynowanych mutacji w procesie ewolucji beta-laktamazy typu TEM-1 i obliczył oszałamiająco małe prawdopodobieństwa (rzędu 1 na 10^77). Rosenhouse cytuje pewnego krytyka⁸ – tym razem botanika Arthura Hunta – który twierdzi, że Axe uzyskał błędne wyniki, ponieważ skoncentrował się na niewłaściwej odmianie enzymu (na formie osłabionej, nie zaś tej, która występuje w stanie natury)⁹. Rosenhouse zapomina jednak przytoczyć odpowiedź, którą Axe udzielił Huntowi. Oto odpowiedni jej fragment:

W badaniach opisanych w artykule opublikowanym na łamach „Journal of Molecular Biology” w 2004 roku [do którego odnoszą się Hunt i Rosenhouse] zdecydowałem się zastosować najniższy realistyczny standard funkcjonalności, wiedząc, że dzięki temu uzyskam najwyższą realistyczną wartość P [od prevalence – rozpowszechnienie], która z kolei zapewnia najbardziej optymistyczną ocenę możliwości wyewoluowania nowych sfałdowań białkowych. Gdybym za standard przyjął naturalny poziom funkcjonalności, uzyskałbym znacznie mniejszą wartość P, co stanowiły jeszcze większy problem dla darwinizmu. Innymi słowy, […] celowo użyłem metody sprzyjającej darwinizmowi¹⁰.

Mogłoby się teraz wydawać, że robię to samo, co Rosenhouse – mianowicie daję ostatnie słowo swoim kolegom. Jeśli jednak to robię, to nie dlatego, że próbuję przedwcześnie zakończyć dyskusję – po prostu nic mi nie wiadomo o kolejnych odpowiedziach Millera i Hunta. Z drugiej strony Rosenhouse, wydając dopiero co książkę na temat matematycznego antyewolucjonizmu, powinien chyba wiedzieć, jaki jest obecny stan dyskusji. Miller opublikował w „Nature” recenzję książki Behego w 2007 roku. Odpowiedź Hunta na artykuł Axe’a ukazała się na blogu (pandasthumb.org) również w 2007 roku. Behe odpowiedział Millerowi już w 2007 roku, a odpowiedź Axe’a ukazała się w 2011 roku. Gdyby Rosenhouse był bezstronny, to mógłby przynajmniej wspomnieć o odpowiedziach Behego i Axe’a na krytykę, na którą się powołał. To, że Rosenhouse nie zrobił tego, sugeruje, że ma on coś do opowiedzenia i opowie to, nie zważając na fakty lub świadectwa.

Trzecia Droga

Na zakończenie niniejszego postu chciałbym zwrócić uwagę na to, że nie tylko teoretycy projektu kwestionują lub odrzucają darwinowski pogląd, zgodnie z którym dobór naturalny oddziałujący na skutki pojedynczych zmian mutacyjnych może być motorem procesu ewolucji. James Shapiro, biolog z Uniwersytetu Chicagowskiego, jest przedstawicielem grupy znanej pod nazwą The Third Way: Evolution in the Era of Genomics and Epigenomics [Trzecia Droga: teoria ewolucji w erze genomiki i epigenomiki]. Jedenaście lat temu Shapiro napisał książkę stanowiącą w zasadzie manifest grupy The Third Way, zatytułowaną Evolution: A View from the 21st Century [Teoria ewolucji z perspektywy XXI wieku]¹¹. Argumentował w niej, że organizmy dokonują własnej „naturalnej inżynierii genetycznej”, która ma charakter teleologiczny i zupełnie niedarwinowski. Rzecz jasna, Shapiro nie jest zwolennikiem teorii inteligentnego projektu. Podczas prywatnej rozmowy z nim odkryłem jednak, że ma on poglądy bardziej antydarwinowskie (jeśli to w ogóle możliwe) niż poglądy znanych mi teoretyków projektu. Powiedziałem mu, że moim zdaniem mechanizm darwinowski jest przynajmniej w pewnej mierzy użyteczny. Shapiro odrzekł, że wpływ Darwina na biologię był całkowicie negatywny. Tę rozmowę odbyliśmy w jego gabinecie podczas mojej wizyty na Uniwersytecie Chicagowskim w 2014 roku, którą zorganizował Leo Kadanoff i którą opisałem w jednym z wcześniejszych postów w niniejszej serii tekstów¹².

William A. Dembski

Oryginał: Evolution With and Without Multiple Simultaneous Changes, „Evolution News & Science Today” 2022, June 29 [dostęp 7 VII 2023].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 7.7.2023

Literatura: