Chcecie pogodzić teorię ewolucji z hipotezą projektu? Rozważcie przykład wici bakteryjnejCzas czytania: 18 min

W opublikowanym względnie niedawno na łamach czasopisma „Religions” artykule On the Relationship between Design and Evolution¹ [O relacji między hipotezą projektu a teorią ewolucji] poruszyliśmy wiele tematów w odpowiedzi na książkę The Compatibility of Evolution and Design² [Zgodność między teorią ewolucji a hipotezą projektu], której autorem jest Erkki Vesa Rope Kojonen. Teolog ten próbuje pogodzić ze sobą teorię ewolucji głównego nurtu ze swoim ujęciem projektu. Jednym z rozważanych przez nas zagadnień jest przykład wici bakteryjnej. Kojonen uważa, że wić bakteryjna stanowi świadectwo projektu, który jest jednocześnie zgodny z teorią ewolucji. Inaczej mówiąc, sądzi on, że wić wyraźnie wskazuje na projekt w pełni spójny z teorią ewolucji. W związku z tym wić nie stanowi według Kojonena problemu dla podjętej przez niego próby połączenia „projektu” i „ewolucji” w spójną całość.

Ja, Stephen Dilley, Brian Miller i Emily Reeves nie zgadzamy się z Kojonenem w tej i innych kwestiach, o czym piszemy w serii postów na blogu „Evolution News & Science Today”. Jak stwierdziliśmy w artykule:

Argumentujemy […], że typ projektu ucieleśniony w wici bakteryjnej jest niezgodny z teorią ewolucji głównego nurtu. Podważa to podjętą przez Kojonena filozoficzną próbę pogodzenia ze sobą idei „projektu” i idei „ewolucji”. W rezultacie proponowane przez Kojonena połączenie „ewolucji i projektu” przeczy samo sobie: jeden człon koniunkcji podważa drugi. Inaczej mówiąc, wić bakteryjna dostarcza takiego świadectwa „projektu”, które przeczy idei „ewolucji”³.

Aby objaśnić ten problem, najpierw zaprezentujemy koncepcję nieredukowalnej złożoności:

Zaczniemy od przedstawienia wstępnej definicji. W opublikowanej w 1996 roku książce Czarna skrzynka Darwina biochemik Michael J. Behe zdefiniował „nieredukowalną złożoność” w sposób następujący: „Darwin wiedział, że jego teoria stopniowej ewolucji drogą doboru naturalnego niesie ciężkie brzemię: „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”⁴. […] Jaki rodzaj układu biologicznego nie mógłby powstać drogą „licznych, następujących po sobie, drobnych przekształceń”? Cóż, mógłby być to układ, który jest nieredukowalnie złożony. Za nieredukowalnie złożony uznaję pojedynczy system składający się z poszczególnych, dobrze dopasowanych, oddziałujących ze sobą części, które biorą udział w pełnieniu podstawowej funkcji układu, a usunięcie jakiejkolwiek z tych części powoduje, że system przestaje sprawnie funkcjonować”⁵.

Behe ilustruje koncepcję nieredukowalnej złożoności za pomocą przykładu pułapki na myszy. Zauważył on, że pułapka na myszy jest układem nieredukowalnie złożonym: składa się z pięciu części (podstawy, sprężyny, ramki, zapadki i drążka przytrzymującego), a każda z nich jest istotna dla funkcjonowania pułapki. Pułapka składająca się z 80% części nie złapie 20% mniej myszy. Na przykład bez ramki pułapka nie złapie żadnej myszy. Po prostu będzie zupełnie niefunkcjonalna. Muszą być wszystkie części, aby pułapka mogła pełnić swoją funkcję⁶.

Pozytywny argument na rzecz projektu

Behe pokazuje więc, dlaczego nieredukowalna złożoność stanowi problem dla wyjaśnień darwinowskich. Dlaczego jednak najlepszym jej uzasadnieniem ma być teoria inteligentnego projektu? Tak tłumaczymy to w artykule:

Zgodnie z szerszą argumentacją Behego najlepszym wyjaśnieniem układów nieredukowalnie złożonych jest działanie umysłu, nie zaś pozbawionych umysłu procesów fizycznych. Na podstawie powtarzalnego doświadczenia wiemy, że istoty inteligentne tworzą układy nieredukowalnie złożone – potrafią łączyć ze sobą różne części, aby uzyskać określony skutek, na przykład radio wychwytujące fale dźwiękowe albo statek kosmiczny umożliwiający podróżowanie w przestrzeni kosmicznej. Jednocześnie wiemy, że stopniowo działające procesy fizyczne, takie jak dobór naturalny, muszą ograniczać się do poszukiwania sąsiednich funkcji (gdyż w przeciwnym razie błądzą w sensie stochastycznym, a nawet w ogóle nie są w stanie przynieść pożądanego skutku). Aby taki proces jak dobór naturalny utworzył jakąś nową cechę, każdy krok musi nadawać przewagę funkcjonalną, zwiększając szansę organizmu na przetrwanie i rozmnożenie się. W przeciwnym razie taki krok będzie „niewidoczny” dla doboru naturalnego i działanie doboru nie będzie mogło w żaden sposób pomóc w przekazaniu tej cechy następnemu pokoleniu. Zgodnie więc z naszym doświadczeniem stopniowe procesy naturalne nie tworzą układów nieredukowalnie złożonych. Potrafią to jednak robić istoty inteligentne. W związku z tym sprawczość inteligentna stanowi lepsze wyjaśnienie pochodzenia układów nieredukowalnie złożonych⁷.

„Boskie piękno” wici bakteryjnej

Oczywiście najsłynniejszym przykładem układu nieredukowalnie złożonego jest wić bakteryjna. Wić i jej imponującą złożoność opisujemy w artykule:

Spośród licznych przykładów układów nieredukowalnie złożonych opisywanych przez Behego największą uwagę przykuwa wić bakteryjna. To organellum jest „prawdziwym silnikiem obrotowym”⁸, który napędza ruch bakterii w środowisku wodnym, szybko wykonując obroty przypominającym bat ogonem. Jego działanie jest podobne do działania silnika zaburtowego.

[…]

Harwardzki biolog Howard Berg uznał wić bakteryjną za „najwydajniejszą maszynę we Wszechświecie”⁹. Nietrudno zrozumieć, dlaczego tak jest. To prawdziwa maszyna, składająca się z 35–40 rodzajów białek, wszystkich pełniących właściwe sobie funkcje, a razem pełniących funkcję zintegrowaną. Jest wyposażona w pamięć krótkotrwałą, system automontażu i cechuje się wydajnością przyćmiewającą wszystkie wytwory ludzkiej inżynierii. Wić ma wysoce wydajny, zasilany przepływem protonów silnik obrotowy, który wykonuje 100 000 obrotów na minutę. Jest to jedna z najlepiej poznanych maszyn molekularnych w nauce¹⁰.

[…]

Inżynieryjną logikę wici bakteryjnej szczegółowo opisał inżynier i informatyk Waldean Schulz¹¹. Wykazał on, że napęd obrotowy wymaga obecności różnych ściśle zintegrowanych układów: silnika wiciowego i filamentu, mechanizmów dostarczania części, systemu automontażu oraz systemu nawigacji. Każdy z nich jest istotny dla funkcjonowania wici, każdy składa się z licznych rodzajów białek i każdy musi spełniać bardzo ścisłe warunki nakładane przez nadrzędną logikę projektową.

Wić zawiera też następujące podukłady:

• Wyposażony w statory silnik obrotowy generujący większy moment obrotowy w bardziej lepkich środowiskach dzięki wykorzystaniu pomysłowo zaaranżowanej strategii odpowiedzi adaptacyjnej. Silnik zawiera również sprzęgło, które wstrzymuje napęd, kiedy jest to korzystne¹².

• Przypominający śrubę napędową filament¹³.

• Systemy konserwujące silnik i filament¹⁴.

• System montażu obejmujący bramkę eksportową, która przenosi białka docelowe poza obręb bakterii we właściwych ilościach i we właściwym czasie, aby mogły utworzyć hak i filament¹⁵.

• Systemy wstrzymujące funkcjonowanie i wyrzucające białka wici do otoczenia w niebezpiecznych lub zawierających mało składników pokarmowych środowiskach – jest to forma zarządzania ryzykiem¹⁶.

• System nawigacji chemotaktycznej wykorzystujący sensory wysyłające sygnały chemiczne do silnika, aby zmienił kierunek obrotów, gdy bakteria podąża tam, gdzie nie odniesie żadnych korzyści¹⁷.

O pomysłowości każdego z tych mechanizmów (niektóre z nich posłużyły jako modele dla wytworów ludzkich¹⁸) napisano wiele artykułów. Jeden z biologów zaobserwował, że „ponieważ wić cechuje się tak wspaniałym projektem i jest pięknie skonstruowana za sprawą działania uporządkowanego szlaku montażowego, więc nawet ja, choć nie jestem kreacjonistą, z podziwem patrzę na jej »boskie« piękno¹⁹”²⁰.

Problemy modelu darwinowskiego

Czy wić bakteryjna stanowi wyzwanie dla standardowych wyjaśnień darwinowskich? Argumentujemy, że tak. Dostrzega to nawet Kojonen, który jest krytykiem bardzo wnikliwym. Tak opisujemy tę kwestię w artykule:

Zarówno wyniki badań w zakresie biologii porównawczej, jak i eksperymenty polegające na nokautowaniu genów wici bakteryjnej wskazują na to, że wić wymaga wielu skoordynowanych części białkowych, aby móc funkcjonować²¹. Maszyna o takim wyrafinowaniu – w której wszystkie istotne części muszą być obecne, aby mogła ona funkcjonować – wymaga wyjaśnienia. Kojonen dostrzega siłę argumentacji Behego: „Ponieważ główna funkcja układu nieredukowalnie złożonego powstaje dopiero po zgromadzeniu się wszystkich niezbędnych części, jest zatem niewiarygodne, aby taki układ mógł wyewoluować w ten bezpośredni sposób. Dobór naturalny nie może przecież selekcjonować funkcji, która powstaje dopiero po zgromadzeniu się wszystkich części, ponieważ selekcja nie może wybiegać w przyszłość. Stopniowa ewolucja części takiego układu, jak wić bakteryjna, musiałaby być faworyzowana przez dobór naturalny z jakiegoś innego powodu niż zwiększanie zdolności ruchowych”²².

Co więcej, Kojonen uważa, że nawet możliwość „pośredniej” ewolucji wici bakteryjnej napotyka poważne problemy i mogłaby nawet wymagać pewnej dozy „szczęśliwego zbiegu okoliczności”: „Behe przyznaje, że układ nieredukowalnie złożony mógłby w zasadzie powstać w pośredni sposób, o którym mówią jego krytycy. Twierdzi on jednak, że w miarę wzrostu złożoności układu maleje prawdopodobieństwo słuszności takich wyjaśnień ewolucjonistycznych. Ponieważ białka muszą pasować do siebie nawzajem, więc poszczególne części muszą ulec modyfikacji, zanim zaczną pełnić nową funkcję. W związku z tym „istnienie analogicznych części, pełniących inne funkcje w innych systemach, nie może złagodzić problemu nieredukowalnej złożoności nowego układu. Nacisk przenosi się po prostu z »produkowania« składników na ich »modyfikowanie«”²³. Co ciekawe, H. Allen Orr, który jest krytyczny względem poglądów Behego, zgadza się z nim w tym względzie: „możemy uważać, że niektóre części układu nieredukowalnie złożonego wyewoluowały krok po kroku dla jakichś innych celów i zostały przejęte do pełnienia całkowicie nowych funkcji. Ale to też jest mało prawdopodobne. Równie dobrze można oczekiwać, że połowa skrzyni biegów samochodu stanie się nagle pomocna dla schowka na poduszkę powietrzną. Coś takiego może się zdarzyć bardzo rzadko, ale na pewno nie stanowi to ogólnego rozwiązania dla [problemu] nieredukowalnej złożoności”²⁴. W tym przypadku odwołanie do naszego powszechnego doświadczenia dotyczącego projektowania różnych rzeczy wspiera wniosek, że tworzenie złożonego, teleologicznego uporządkowania jest trudne. Rzeczywiście potrzebna jest pewna doza szczęśliwego zbiegu okoliczności, aby części służące do jednego celu mogły tak łatwo adaptować się do pełnienia innej funkcji²⁵”²⁶.

Kojonen nie uważa jednak, że nieredukowalna złożoność wici bakteryjnej podważa modele ewolucyjne. Jak wielu innych krytyków Behego, powołuje się on na kooptację jako możliwy mechanizm ewolucyjny prowadzący do utworzenia wici pośrednią ścieżką ewolucyjną. Do tego modelu szczegółowo odniosę się w następnym poście, a w tej chwili ważniejsze jest zrozumienie obejmującej wiele podukładów złożoności wici i zastanowienie się, dlaczego stanowi ona duży problem dla przekonania o jej wyewoluowaniu:

Przypomnijmy sobie twierdzenie Kojonena, że „kluczową” kwestią w odniesieniu do ewolucji białek są „mutacje”, w tym ich liczba, czas ich następowania oraz tempo ich zachodzenia potrzebne do przejścia od jednego funkcjonalnego białka do drugiego. Problem jest radykalnie trudniejszy, kiedy usiłujemy rozważyć powstanie już choćby jednego z istotnych podukładów wici bakteryjnej. Na przykład można sensownie uznać, że „ewolucja” wiciowego systemu nawigacji (czyli chemotaksji) wymagałaby nastąpienia licznych mutacji. Aby mógł powstać funkcjonalny układ, który nadaje organizmowi przewagę, wszystkie mutacje musiałyby nastąpić jednocześnie – co zakrawałoby na cud – albo każda mutacja (bądź zbiór mutacji) musiałaby przynosić organizmowi przewagę funkcjonalną (lub przynajmniej mu nie szkodzić) na każdym kroku w kierunku utworzenia w pełni funkcjonalnego układu. Na szczególną uwagę zasługuje to, że białka składające się na system nawigacji nie pełnią żadnej innej funkcji w bakterii ani nie cechują się bliskim podobieństwem do jakichkolwiek innych białek […]. Częściowo utworzony system napędowy albo system nawigacji nie byłyby natomiast po prostu „neutralne”, lecz byłyby niekorzystne dla komórki, ponieważ produkcja niewłaściwie ukształtowanych białek albo jakiegoś niefunkcjonalnego układu wymagałaby wykorzystania energii, ale nie zapewniałaby żadnych kompensujących to korzyści. W istocie, ponieważ bezużyteczne części lub białka nie nadają organizmowi żadnej przewagi, więc prawdopodobnie szybko uległyby degradacji, a może nawet całkowitemu wyeliminowaniu^{27 28}.

W następnym poście ocenię próby wyjaśnienia ewolucji wici za pomocą kooptacji/egzaptacji/ewolucji pośredniej i wykażę, dlaczego te próby napotykają wiele poważnych (nawet zgubnych) problemów – jednym z najważniejszych problemów jest trudność wyewoluowania nowych białek, o czym pisał Brian Miller²⁹. Odpowiednie odnośniki można znaleźć w naszym artykule³⁰.

W tej chwili mam nadzieję, że w przypadku wici bakteryjnej podjęta przez Kojonena próba pogodzenia ze sobą teorii ewolucji i hipotezy projektu (w jego ujęciu) okazuje się trudna. Kojonen chciałby uznać wić za wytwór projektu, ale jednocześnie chciałby zignorować to, że typ projektu przejawiany przez wić – nieredukowalna złożoność – stanowi duży problem dla teorii ewolucji. Pragnie on więc połączyć ideę projektu z ideą ewolucji, ale przy jednoczesnym zignorowaniu najistotniejszych cech wici. Oznacza to, że model Kojonena powinien budzić duże wątpliwości.

Casey Luskin

Oryginał: Want to Harmonize Evolution and Design? Consider the Bacterial Flagellum, „Evolution News & Science Today” 2023, December 8 [dostęp: 23 II 2024].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan

Literatura: