Darwin pod lupą: u podstaw wielkiej teorii

Gabriela Janusz

Darwin pod lupą: u podstaw wielkiej teorii

Dziewiętnastowieczna koncepcja ewolucji zwana darwinizmem i jej współczesna wersja (neodarwinizm) oparta na mechanizmie doboru naturalnego i spontanicznych mutacjach – dziś drży w posadach. Wielowymiarowy rozwój nauk biologicznych, przede wszystkim genetyki i paleontologii, sprzyjał wykluwaniu się alternatywnych hipotez ewolucjonistycznych (ortogeneza, strukturalizm, teoria neutralna ewolucji molekularnej). Przełomowe wyniki wielu badań i eksperymentów (między innymi odkrycie spiralnej struktury DNA, kodu genetycznego, złożonej, nieregularnej budowy białek) z zastosowaniem najnowszych technik analitycznych zmuszają świat nauki do zweryfikowania autentyzmu założonych wcześniej tez. Zmagania o status teorii ewolucji są również toczone na gruncie edukacji:

W procesie Kitzmiller przeciwko the Dover Area School District w 2005 roku amerykański sąd okręgowy ustanowił między innymi, że rada szkoły nie może wymagać od nauczycieli oczerniania czy też dyskredytowania naukowej teorii ewolucji. W 2010 roku Stanowa Komisja Edukacji w stanie Teksas przez trzy dni przyjmowała od naukowców i obywateli opinie dotyczące nauczania teorii ewolucji. Przedstawiciele Narodowego Centrum Edukacji Naukowej (NCSE) zadeklarowali, że nauczanie o słabościach tej teorii mogłoby niepotrzebnie nadwątlić pozycję przyszłych absolwentów szkół średnich w rywalizacji o miejsce w college’u1.

Wyniki ankiety przeprowadzonej w 2005 roku w środowisku lekarzy wykazały, że aż 78% badanych preferuje teorię ewolucji jako wyjaśnienie zjawiska zmienności gatunkowej i pochodzenia życia na Ziemi2. W innym badaniu, przeprowadzonym jeszcze pod koniec lat osiemdziesiątych XX wieku, aż 99% ankietowanych naukowców i biologów opowiedziało się za prawdziwością neodarwinizmu3. W ciągu lat teoria Darwina ulegała zmianom, jednak jej podstawy wciąż są obowiązujące: wszystkie współczesne organizmy wyewoluowały na drodze doboru naturalnego, spontanicznych mutacji i walki o byt (chociaż, rzecz jasna, Darwin nic nie wiedział o mutacjach). Naukowcy w latach czterdziestych i pięćdziesiątych XX wieku opracowali nowszą wersję tej koncepcji (neodarwinizm, znany także pod nazwą nowoczesnej syntezy ewolucyjnej) uwzględniającą osiągnięcia z dziedziny genetyki populacyjnej oraz innych nauk biologicznych.

 

Świat nauki uznał jednomyślnie dwa założenia teorii ewolucji:

‒ mikroewolucję ‒ przekształcenie adaptacyjne w obrębie gatunku wynikające ze zmian środowiskowych (na  przykład ptasi dziób, oporność bakterii na antybiotyki),

‒ homologię – podobieństwo materiału genetycznego odmiennych gatunków oraz struktur biologicznych, mimo pełnienia przez nie odmiennych funkcji.

 

Stanowa Komisja Edukacji w stanie Teksas podała trzy świadectwa ujawniające słabości darwinowskiej koncepcji:

  1. Brak kompletnej wiedzy wyjaśniającej chemiczne podstawy pochodzenia życia i pierwotnej syntezy materiału genetycznego.

W latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku badacze Stanley Miller i Harold Urey przeprowadzili eksperyment, w którym w oparach pary wodnej, metanu, amoniaku i wodoru oraz przy użyciu energii elektrycznej udało się uzyskać mieszaninę podstawowych aminokwasów. Dla ówczesnych ewolucjonistów był to niepodważalny argument przemawiający za powstaniem życia w sposób całkowicie naturalny i spontaniczny. Późniejsze badania wykazały liczne nadużycia interpretacji – choćby fakt wykorzystywania przez organizmy biologiczne lewoskrętnych cząsteczek, podczas gdy w eksperymencie uzyskano aminokwasy wyłącznie prawoskrętne. W jaki sposób wyjaśnić powstanie białek oraz interakcje między nimi? Jak tłumaczyć złożoność materiału genetycznego oraz procesy jego przekazywania? Bez odpowiedzi pozostają również pytania o rolę i znaczenie doboru naturalnego4.

  1. Ograniczenia zastosowania teorii spontanicznych mutacji i doboru naturalnego w odniesieniu do nieredukowalnej złożoności struktur biologicznych.

Teoria nieredukowalnej złożoności zakłada, że niektóre struktury biologiczne charakteryzują się wysokim stopniem skomplikowania, a usunięcie lub modyfikacja pojedynczego elementu będzie skutkować destabilizacją całości i uniemożliwi pełnienie dotychczasowych funkcji. Sugeruje się zatem, że wszystkie składowe układu muszą podlegać równoczesnym zmianom, a nie sekwencyjnie – jak podpowiada teoria ewolucji.

W czasach Darwina nikt nie dysponował wiedzą dotyczącą złożonej i wieloaspektowej budowy komórki. Obecnie znane są dziesiątki tysięcy modularnych, skorelowanych ze sobą systemów, między innymi kaskady enzymatyczne. Istotą białek katalizujących rozmaite reakcje jest ich struktura przestrzenna, a funkcjonalność układów zapewnia ścisła regulacja funkcji enzymatycznych tych molekuł.

Zwolennicy koncepcji doboru naturalnego i losowych mutacji ugruntowują swoje stanowisko, wskazując na liczne naukowe publikacje dotyczące ewolucji oka. Szwedzcy naukowcy Dan-Eric Nilsson i Susanne Pelger zaproponowali bardzo prostą symulację komputerową, która miała odzwierciedlać ewolucję tego narządu na poziomie fenotypowym.

Jeśli stale zachodząca selekcja naturalna sprzyja utrwalaniu drobnych pozytywnych zmian prowadzących do ulepszeń i zwiększania ilości odbieranych informacji z przestrzeni, światłoczuła łatka stopniowo przekształci się w soczewkę skupiającą oka5.

Kumulacja udoskonaleń oczu (formowanie się soczewki, siatkówki czy przesyłanie sygnału do mózgu drogą nerwową) byłaby zatem, jak twierdzą ci uczeni, wynikiem sukcesywnego rozwoju gatunków, których przekształcenia zachodziły drogą doboru naturalnego. Zupełnie odmienne wnioski płyną z badań biochemicznych. Michael J. Behe w książce Czarna skrzynka Darwina napisał:

Gdy światło dociera do siatkówki, foton wchodzi w interakcję z cząsteczką zwaną 11-cis-retinalem, która w ciągu kilku pikosekund przemienia się w trans-retinal […]. Zmiana kształtu cząsteczki retinalu wymusza zmianę kształtu białka rodopsyny, z którym retinal jest silnie związany. Z metamorfozą białka idzie w parze zmiana jego funkcji. Białko, nazywane teraz metarodopsyną II […]. W tym momencie GTP-transducyno-metarodopsyna II wiąże się z białkiem zwanym fosfodiesterazą, które znajduje się w wewnętrznej błonie komórki. Po związaniu się z metarodopsyną II i towarzyszącymi jej cząsteczkami fosfodiesteraza nabywa zdolności „przekształcania” cząsteczki zwanej cGMP w „zwykły” GMP […]. Początkowo w komórce znajduje się wiele cząsteczek cGMP, ale fosfodiesteraza obniża ich koncentrację, podobnie jak wyjęcie korka powoduje obniżenie poziomu wody w wannie. Inne białko błonowe, które wiąże cGMP, zwane jest kanałem jonowym. Działa on jak brama wjazdowa, która reguluje liczbę jonów sodu w komórce. Normalnie kanał jonowy pozwala na wpływanie jonów sodu do komórki, gdyż inne białko aktywnie wypompowuje je z powrotem. Łączne działanie kanału jonowego i pompy utrzymuje w miarę stały poziom jonów sodu w komórce. Gdy ilość cGMP zostaje zredukowana za sprawą działania fosfodiesterazy, kanał jonowy zamyka się, powodując obniżenie koncentracji dodatnio naładowanych jonów sodu. To z kolei powoduje pojawienie się różnicy potencjału elektrycznego po obu stronach błony komórkowej i wysłanie impulsu do mózgu przez nerw wzrokowy. Rezultatem tego procesu, po zinterpretowaniu przez mózg, jest widzenie6.

Widzenie to zatem proces molekularny o wysokim stopniu skomplikowania.

Przed Darwinem swoje doświadczenia prowadził wybitny chirurg i anatom John Hunter – jeden z pionierów obserwacyjno-eksperymentalnego podejścia do chirurgii. Obaj uczeni zajmowali się obserwacją podobieństw budowy tkanki mięśniowej między gatunkami. Ówczesny poziom techniki i wąski zakres metod badawczych nie pozwalał jednak na wykazanie złożoności tych struktur na poziomie molekularnym. Współczesna wiedza umożliwia nam zrozumienie, że sekwencyjność zmian materiału genetycznego kodującego cząstki składowe jednej grupy narządów pociąga za sobą kolejne zmiany struktur wchodzących w skład innych systemów, na przykład struktury kości, funkcji mózgowych, sekwencji sygnałowych. Stąd wniosek, że aby pojedyncze, losowe mutacje były korzystne dla funkcjonowania całego organizmu, muszą zachodzić jednocześnie.

  1. Niewystarczające dane dotyczące procesów prowadzących do zmienności gatunkowej.

Podobieństwo na poziomie całego genomu człowieka i małpy plasuje się na poziomie 70‒75%. Wcześniejsze doniesienia o homologii aż 96% opierały się na zmapowanych sekwencjach białkowych, nie uwzględniając tak zwanego „śmieciowego” DNA. Badania wykazały, że koduje on sekwencje wspomagające procesy komórkowe, jak transkrypcję czy translację. Zakładając, że człowiek i małpa mają wspólnego przodka, musiałoby dojść do olbrzymiej ilości jednoczesnych mutacji DNA, dając początek wielu nowym, funkcjonalnym białkom.

Liczne badania paleontologiczne nie wykazały jak dotąd istnienia wiarygodnych świadectw (tak zwanych ogniw pośrednich – organizmów łączących gałęzie drzewa filogenetycznego) potwierdzających proces makroewolucji. W 2004 roku odkryto szczątki organizmów (kości nadgarstka), które rzekomo miały należeć do stworzeń pośrednich między organizmami wodnymi a lądowymi7. Aby taki organizm w ogóle mógł istnieć, musiałoby dojść do wielu równocześnie zachodzących zmian na poziomie komórkowym, skutkujących uzyskaniem korzyści związanych z wyjściem na ląd. W tym samym czasie ekwiwalentnym zmianom musiałby ulec inny organizm, by zachować ciągłość gatunku. Takich procesów i wydarzeń jak dotąd nigdy nie zaobserwowano.

Badania z zakresu biologii ewolucyjnej, prowadzone na bakteryjnych czy wirusowych modelach są źródłem niezwykłych informacji. Krótki czas podziałów tych organizmów pozwala na obserwacje zmienności gatunkowej w relatywnie niedługim czasie. Z obserwacji naukowych wynika, że większość mutacji – insercje, delecje, substytucje, zmiana ramki odczytu – prowadziła do utraty lub zmiany funkcji na korzyść przeżywalności. W badaniach długookresowych nie zaobserwowano cichych mutacji, to jest niepociągających za sobą zmiany funkcji. Trudno zatem dać wiarę tezie, według której pojedyncza zmiana nukleotydu w materiale genetycznym – wchodzącego w interakcje chociażby z białkami aparatu replikującego, według ściśle określonej kolejności – mogłaby przyczynić się do powstania tysięcy nowych, funkcjonalnych białek.

Od czasu sformułowania przez Darwina teorii, przez kolejnych 150 lat dokonywano obserwacji i badań opartych na jej założeniach. W książce Struktura rewolucji naukowych Thomas S. Kuhn posłużył się terminem „paradygmat”, opisując w ten sposób „powszechnie uznawane osiągnięcia naukowe, które w pewnym czasie dostarczają społeczności uczonych modelowych problemów i rozwiązań”8. W swoich kolejnych publikacjach Kuhn przedstawił argumenty na rzecz zmiany paradygmatu dotyczącego wciąż akceptowanej „przestarzałej” teorii ewolucji9.

Wielu naukowców i studentów szkół wyższych wciąż nie dostrzega słabych punktów darwinowskich tez. Na uczelniach nadal przekazuje się fragmentaryczną wiedzę o formowaniu się DNA i pochodzeniu życia, wyolbrzymiając znaczenie losowych mutacji i naturalnej selekcji. W podręcznikach akademickich nie znajdziemy nawet wzmianki o alternatywnych tezach pochodzenia gatunków.

Rozwój nauki i techniki, dotychczasowe wiekopomne osiągnięcia (szczególnie z zakresu genetyki) zmuszają przyrodników do poszukiwania nowych wzorców, dążąc tym samym do zmian paradygmatu. Pojawiające się na tym tle konflikty, ignorancja naukowych doniesień są zupełnie zrozumiałe – akceptacja „nowego ładu” wymaga czasu, przeminięcia niekiedy wielu pokoleń. Jak napisał Joseph A. Kuhn:

Nadszedł w związku z tym czas, by wstrząsnąć umysłami studentów, biologów i lekarzy i otworzyć ich oczy na ewentualny nowy paradygmat10.

 

Gabriela Janusz

Ostatnia aktualizacja strony: 24.07.2020

 

 

Literatura:

  1. Behe M.J., Czarna skrzynka Darwina. Biochemiczne wyzwanie dla ewolucjonizmu, „Seria Inteligentny Projekt”, Warszawa 2010.
  2. Jankowski K., Ewolucja pojęcia paradygmatu w Strukturze rewolucji naukowych Thomasa S. Kuhna, „ΣΟΦΙΑ. Pismo Filozofów Krajów Słowiańskich” 2016, t. 16, s. 211‒
  3. Jańczuk L., Ewolucja – fakt czy fikcja?, w: Repetytorium, Warszawa 2005, s. 2‒
  4. Kirschenbaum S.S., Majority of Physicians Give the Nod to Evolution Over Intelligent Design, HCD [dostęp 24 VII 2020.
  5. Kuhn J.A., Dissecting Darwinism, „Baylor University Medical Center Proceedings” 2012, Vol. 25, No. 1, s. 41‒
  6. Kuhn T.S., Struktura rewolucji naukowych, tłum. H. Ostromęcka, J. Nowotniak, Warszawa 1962.
  7. Luskin C., Tiktaalik Roseae: Where’s The Wrist?, „Evolution News & Science Today” 2008, July 14 [dostęp 14 VI 2020].
  8. Martz L., McDaniel A., Keeping God Out Of Class, „Newsweek1987, June 29, s. 22–23.
  9. Nilsson D., Pelger S., A Pessimistic Estimate of the Time Required for an Eye to Evolve, „Proceedings Biological Sciences” 1994, Vol. 256, No. 1345, s. 53‒
  10. Oramus D., Darwinowskie paradygmaty. Kultura popularna w poszukiwaniu teorii wszystkiego, „Kultura i Społeczeństwo”, r. LV, nr 2–3, s. 229‒243.

Przypisy

  1. J.A. Kuhn, Dissecting Darwinism, „Baylor University Medical Center Proceedings” 2012, Vol. 25, No. 1, s. 42 [41‒47].
  2. Por. S.S. Kirschenbaum, Majority of Physicians Give the Nod to Evolution Over Intelligent Design, HCD [dostęp 24 VII 2020].
  3. L. Martz, A. McDaniel, Keeping God Out of Class, „Newsweek1987, June 29, s. 22–23.
  4. Por. L. Jańczuk, Ewolucja – fakt czy fikcja?, w: Repetytorium, Warszawa 2005, s. 2‒33.
  5. D. Nilsson, S. Pelger, A Pessimistic Estimate of the Time Required for an Eye to Evolve, „Proceedings of the Royal Society B” 1994, Vol. 256, No. 1345, s. 54 [53‒58].
  6. M.J. Behe, Czarna skrzynka Darwina. Biochemiczne wyzwanie dla ewolucjonizmu, „Seria Inteligentny Projekt”, Warszawa 2010, s. 31‒34.
  7. Por. C. Luskin, Tiktaalik Roseae: Where’s The Wrist?, „Evolution News & Science Today” 2008, July 14 [dostęp 14 VI 2020].
  8. T.S. Kuhn, Struktura rewolucji naukowych, tłum. H. Ostromęcka, J. Nowotniak, Warszawa 1962, s. 10.
  9. Por. K. Jankowski , Ewolucja pojęcia paradygmatu w Strukturze rewolucji naukowych Thomasa S. Kuhna, „Sofia” 2016, t. 16, s. 211–228; D. Oramus, Darwinowskie paradygmaty. Kultura popularna w poszukiwaniu teorii wszystkiego, „Kultura i Społeczeństwo”, r. LV, nr 2–3, s. 229–243.
  10. Kuhn, Dissecting Darwinism, s. 47.

Dodaj komentarz



Najnowsze wpisy

Najczęściej oglądane wpisy

Wybrane tagi