Dziesięć największych problemów naukowych teorii ewolucji biologicznej i chemicznej. Problem 2: niekierowane procesy chemiczne nie są w stanie wyjaśnić powstania kodu genetycznegoCzas czytania: 8 min

Od redakcji Evolution News: jest to drugi tekst w liczącej 10 tekstów serii opartej na artykule Caseya Luskina, zatytułowanym The Top Ten Scientific Problems with Biological and Chemical Evolution [Dziesięć największych problemów naukowych teorii ewolucji biologicznej i chemicznej] i opublikowanym w tomie More than Myth? [Więcej niż mit?], którego redaktorami są Paul Brown i Robert Stackpole (Chartwell Press, 2014).

Załóżmy, że na wczesnej Ziemi istniał pierwotny ocean wypełniony cegiełkami budulcowymi życia i w jakiś sposób powstały w nim białka oraz inne złożone cząsteczki organiczne. Teoretycy uważają, że następny krok na drodze do powstania życia polegał na tym, iż zupełnie przypadkowo tworzyły się coraz bardziej złożone cząsteczki, aż w końcu któreś z nich uzyskały zdolność do samopowielania się. Sądzą, że od tego momentu zaczęło się działanie doboru naturalnego, który faworyzował cząsteczki mające większą zdolność do tworzenia swoich kopii. Według nich nieuchronne było, że te cząsteczki utworzą finalnie złożoną maszynerię – podobną do tej, która jest wykorzystywana do odczytywania współczesnego kodu genetycznego – pomagającą im w przetrwaniu i rozmnażaniu się.

Czy współcześni badacze pochodzenia życia wyjaśnili, jak doszło do tego niezbędnego przejścia od bezwładnych nieożywionych związków chemicznych do samopowielających się układów molekularnych? Najważniejszą hipotezą powstania pierwszej formy życia jest tak zwany świat RNA. W komórkach żywych informację genetyczną przenosi DNA, a większość funkcji komórkowych pełnią białka. RNA ma jednak zdolność zarówno do przenoszenia informacji genetycznej, jak i do katalizowania niektórych reakcji biochemicznych. Dlatego część teoretyków postuluje, że do pełnienia wszystkich tych funkcji pierwsza forma życia mogła wykorzystywać wyłącznie RNA.

Hipoteza ta napotyka jednak liczne problemy.

Przede wszystkim pierwsze cząsteczki RNA musiałyby powstać w wyniku działania niekierowanych, niebiologicznych procesów chemicznych. Nigdy jednak nie zaobserwowaliśmy powstawania cząsteczek RNA bez udziału wprawnego chemika, który w laboratorium inteligentnie kieruje całym procesem. Robert Shapiro, chemik z Uniwersytetu Nowojorskiego, krytycznie odniósł się do podejmowanych przez badaczy prób utworzenia RNA w warunkach laboratoryjnych: „Problem tkwi w logice, ponieważ taka kontrola, jaką badacze sprawują współcześnie w trakcie przeprowadzania eksperymentów laboratoryjnych, była niemożliwa na wczesnej Ziemi”¹.

Po drugie, chociaż wykazano, że RNA pełni w komórce wiele funkcji, to nic nie przemawia za tym, iż może on pełnić wszystkie niezbędne funkcje współczesnych białek².

Po trzecie, hipoteza świata RNA nie wyjaśnia powstania informacji genetycznej. Zwolennicy tej hipotezy sugerują, że jeśli pierwsza samopowielająca się forma życia była oparta na RNA, to musiałaby liczyć między 200 a 300 zasad azotowych nukleotydów³. Nie znamy jednak żadnych praw chemicznych lub fizycznych, które określałyby układ zasad azotowych nukleotydów⁴. Chcąc wyjaśnić układ tych zasad w pierwszej samopowielającej się cząsteczce RNA, materialiści muszą powoływać się wyłącznie na przypadek. Prawdopodobieństwo przypadkowego określenia cząsteczki RNA liczącej na przykład 250 zasad azotowych wynosi około 1 na 10¹⁵⁰. Jest więc równe wszechświatowej granicy prawdopodobieństwa, a w związku z tym mamy tutaj do czynienia ze zdarzeniem, którego zajście jest praktycznie niemożliwe w całej historii Wszechświata⁵. Tak ujmuje ten problem Robert Shapiro:

Nagłe pojawienie się dużych samokopiujących się cząsteczek, takich jak RNA, jest niemal niemożliwe. […] Prawdopodobieństwo powstania dłuższych łańcuchów jest zaś tak niezwykle małe, że nawet jednorazowy sukces byłby wyjątkowo szczęśliwym trafem⁶.

Po czwarte – i najważniejsze – hipoteza świata RNA nie wyjaśnia powstania samego kodu genetycznego. Aby mogły wykształcić się współczesne formy życia, które są oparte na DNA i białkach, w świecie RNA musiałaby powstać zdolność do tworzenia białek na podstawie informacji genetycznej. Proces transkrypcji i translacji wymaga udziału dużego zespołu białek i maszyn molekularnych, które również są zakodowane w postaci informacji genetycznej. Prowadzi to do problemu „Co było pierwsze: jajko czy kura?”, ponieważ istotne enzymy i maszyny molekularne są potrzebne do wykonywania zadań, dzięki którym same są najpierw tworzone.

Kura i DVD

Aby zrozumieć ten problem, rozważmy powstanie pierwszej płyty i pierwszego odtwarzacza DVD. Na płytach DVD jest zapisana duża ilość informacji, ale bez maszynerii odtwarzacza DVD, która odczytuje i przetwarza informacje zapisane na płycie oraz przekształca je na obraz i dźwięk, płyta byłaby bezużyteczna. Co by jednak było, gdyby instrukcje budowy pierwszego odtwarzacza DVD zostały zapisane wyłącznie na płycie DVD? Nie można byłoby odtworzyć płyty, aby dowiedzieć się, jak skonstruować odtwarzacz. Jak więc powstały pierwsza płyta i pierwszy odtwarzacz DVD? Odpowiedź jest oczywista: do jednoczesnego wytworzenia zarówno odtwarzacza, jak i płyty potrzebny jest proces nakierowany na cel, czyli inteligentny projekt.

W komórkach żywych cząsteczki przenoszące informację (na przykład DNA lub RNA) są jak płyta DVD, a maszyneria komórkowa odczytująca tę informację i tworząca na jej podstawie białka stanowi odpowiednik odtwarzacza DVD. Podobnie jak w przypadku płyty DVD, informacji genetycznej nie da się wykorzystać do tworzenia białek bez pomocy odpowiedniej maszynerii. Jednak w komórkach maszyny potrzebne do przetwarzania informacji genetycznej zapisanej w RNA lub DNA są kodowane właśnie przez te cząsteczki genetyczne – wykonują one te zadania (i kierują nimi), dzięki którym same są najpierw tworzone.

Ten system nie może istnieć, jeżeli informacja genetyczna oraz maszyneria służąca do transkrypcji i translacji nie są jednocześnie obecne i jeśli nie posługują się one tym samym językiem. Biolog Frank Salisbury objaśnił ten problem w artykule opublikowanym na łamach czasopisma „American Biology Teacher” niedługo po odkryciu sposobu funkcjonowania kodu genetycznego:

Łatwo mówić o powstawaniu replikujących się cząsteczek DNA w bulionowym oceanie, ale we współczesnych komórkach taka replikacja wymaga obecności odpowiednich enzymów. […] Powiązanie między DNA a enzymem jest bardzo złożone i wymaga RNA oraz enzymu syntetyzującego RNA na matrycy DNA, a także rybosomów, enzymów aktywujących aminokwasy oraz cząsteczek RNA transferowego. […] Jak przy braku finalnego enzymu selekcja może oddziaływać na DNA i wszystkie mechanizmy potrzebne do jego powielania? Wygląda na to, że wszystko musi się wydarzyć równocześnie: cały system musi powstać jako kompletna jednostka, gdyż w przeciwnym razie byłby bezwartościowy. Być może istnieją jakieś możliwości obejścia tego problemu, ale w tej chwili ich nie dostrzegam⁷.

Pomimo dziesiątek lat badań badacze pochodzenia życia wciąż nie potrafią wyjaśnić, jak ten system powstał. W 2007 roku harwardzki chemik George Whitesides otrzymał Medal Priestleya – najbardziej prestiżową nagrodę Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. W trakcie przemówienia podczas ceremonii wręczenia nagrody przedstawił surową ocenę tego stanu rzeczy, a treść jego przemówienia opublikowano później w szanowanym czasopiśmie „Chemical and Engineering News”:

Problem pochodzenia życia jest jednym z największych w nauce. Jego punktem wyjścia jest istnienie życia – w tym nas – we Wszechświecie. Większość chemików ze mną na czele wierzy, że życie wyłoniło się spontanicznie z mieszaniny cząsteczek na prebiotycznej Ziemi. Jak do tego doszło? Nie mam najmniejszego pojęcia⁸.

Do podobnego wniosku doszli autorzy artykułu, który ukazał się na łamach czasopisma „Cell Biology International”: „Potrzebne są nowe podejścia do badań pochodzenia życia. Nauki historyczne mają jednak takie ograniczenia, że być może nigdy nie zrozumiemy, jak powstało życie”⁹. Innymi słowy być może nigdy tego nie zrozumiemy, chyba że naukowcy zechcą wziąć pod uwagę takie celowościowe wyjaśnienia naukowe jak teoria inteligentnego projektu.

Zarówno teorie ewolucji chemicznej, jak i teorie ewolucji biologicznej borykają się jednak ze znacznie poważniejszym problemem. Dotyczy on nie tylko zdolności do przetwarzania informacji genetycznej z wykorzystaniem kodu genetycznego, lecz także powstania samej tej informacji.

Casey Luskin

Oryginał: Problem 2: Unguided Chemical Processes Cannot Explain the Origin of the Genetic Code, „Evolution News & Science Today” 2015, January 5 [dostęp 24 II 2023].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 24.2.2023

Literatura: