Ewolucja potrzebowałaby cudu, aby tworzyć funkcjonalne białkaCzas czytania: 11 min

Teolog Erkki Vesa Rope Kojonen uważa, że Bóg zaprojektował prawa przyrody, które następnie dały początek „precyzyjnie dostrojonym” warunkom wstępnym i gładkim krajobrazom przystosowania. Twierdzi on między innymi, że dzięki tym warunkom białka mogą ewoluować wskutek działania procesów naturalnych. Czy Kojonen ma rację?

Na blogu „Evolution News & Science Today” filozof Stephen Dilley opublikował już dwa teksty¹ w serii postów, w których dokonujemy oceny argumentu Kojonena. Dilley krótko przedstawił swój wkład do artykułu, który napisał wspólnie ze mną oraz z Caseyem Luskinem i Emily Reeves. Artykuł jest zatytułowany On the Relationship between Design and Evolution [O relacji między hipotezą projektu a teorią ewolucji]². W artykule krytykujemy książkę Kojonena The Compatibility of Evolution and Design [Zgodność między teorią ewolucji a hipotezą projektu]³, w której argumentuje on, że teorię ewolucji da się pogodzić z przekonaniem, iż organizmy żywe dostarczają świadectw projektu. Dilley pochwalił tę książkę za wyrafinowanie i szeroki zakres zawartych w niej argumentów filozoficznych.

Stephen Dilley zauważył jednak, że utrzymanie tezy Kojonena zależy od szczegółów naukowych. Mimo że propozycja Kojonena ma głównie charakter filozoficzny, to jej siła bądź słabość zależy w dużej mierze od danych empirycznych. Jak stwierdziliśmy w artykule:

To prawda, że KEBDA (Kojonen’s evolution-friendly biological design argument – proponowany przez Kojonena przyjazny teorii ewolucji biologiczny argument na rzecz projektu) jest argumentem filozoficznym. I oczywiście istotne znaczenie mają pojęciowe i epistemologiczne elementy tego argumentu. Niektóre argumenty filozoficzne są jednak również zależne od świadectw naukowych. W tym przypadku wiele zależy od tego, czy dysponujemy mocną argumentacją na rzecz istnienia precyzyjnie dostrojonych warunków wstępnych i odpowiednich krajobrazów przystosowania (tak jak ujmuje je Kojonen). W gruncie rzeczy Kojonen umieszcza projekt właśnie w tych precyzyjnie dostrojonych warunkach wstępnych, dzięki którym mają istnieć gładkie krajobrazy przystosowania umożliwiające skuteczny przebieg procesu ewolucji. Jego argumentacja na rzecz pogodzenia ze sobą hipotezy projektu i teorii ewolucji zależy więc od istnienia tego precyzyjnego dostrojenia. Oznacza to, że kluczową kwestią jest dokonanie oceny, czy takie precyzyjne dostrojenie rzeczywiście istnieje. A to zagadnienie można rozstrzygnąć na gruncie nauki: czy krajobrazy przystosowania są gładkie? Czy na przykład ścieżki między funkcjonalnymi białkami są otwarte, czy może jednak między takimi białkami występują przeszkody, których nie da się pokonać?⁴

Ocena zaproponowanej przez Kojonena koncepcji projektu (i tezy o jej zgodności z teorią ewolucji) wymaga starannej empirycznej analizy warunków wstępnych i krajobrazów przystosowania. Analizujemy przedstawione przez Kojonena ujęcie tych zjawisk, a zwłaszcza jego twierdzenie, że w przyrodzie występują takie warunki wstępne i krajobrazy przystosowania, które umożliwiają ewolucję białek.

Argument Kojonena

Tak streszczamy argument Kojonena w artykule:

Kojonen słusznie przyznaje, że większość danych empirycznych potwierdza, iż funkcjonalne białka występują zwykle bardzo rzadko – nadzwyczaj mały procent sekwencji aminokwasów w przestrzeni sekwencji fałduje się w złożone, trójwymiarowe struktury, które mogą wykonywać biologiczne zadania⁵. (Przestrzeń sekwencji to wielowymiarowa mapa wszystkich możliwych sekwencji aminokwasów). Znalezienie odpowiedniej sekwencji białkowej to jak szukanie igły w stogu siana. Kojonen następnie jednak argumentuje, że rzadkie występowanie białek nie stanowi przeszkody dla ewolucji, ponieważ funkcjonalne białka znajdują się dostatecznie blisko siebie w przestrzeni sekwencji, aby jedno białko mogło bez problemu przekształcić się w inne. Przekonuje on, że – ze względu na precyzyjne dostrojenie praw przyrody – w przestrzeni sekwencji występują skądinąd nieoczekiwane ścieżki funkcjonalne, które łączą ze sobą funkcjonalne sekwencje aminokwasów, tak że jedna sekwencja białkowa może w przestrzeni sekwencji przebyć drogę do innej sekwencji białkowej wskutek działania mechanizmów ewolucyjnych. Białka mogą występować rzadko, ale nie są od siebie odizolowane. Inaczej mówiąc, w przysłowiowym stogu siana znajduje się skupisko wielu igieł: kiedy znajdziemy jedną igłę, to nieopodal niej znajduje się druga⁶.

Wyniki badań Andreasa Wagnera

Kojonen uzasadnia to twierdzenie, odwołując się do wyników badań zespołu Andreasa Wagnera, który utrzymuje, że wykazał, iż każde białko może wyewoluować w inne białko wskutek względnie niewielkiej liczby mutacji. Ponadto wszystkie białka w świecie organizmów żywych są ze sobą wzajemnie połączone ciągłym szeregiem możliwych do wykonania kroków.

Oto nasza odpowiedź:

Badania Wagnera mają jednak bardzo ograniczony zasięg. W szczególności Wagner nigdy nie badał bezpośrednio możliwości wyewoluowania jednego białka w inne. Po prostu porównał szlaki metaboliczne różnych organizmów i zidentyfikował enzymy (rodzaj białek), które są wspólne licznym szlakom, oraz enzymy, które nie są im wspólne⁷. Wagner badał też, jak mutacje mogą zmieniać regiony regulatorowe białek, tak aby prowadziło to do zmiany tego, kiedy (i w jakim stopniu) białka ulegają ekspresji⁸. Wagner przekonuje, że takie zmiany mogą powodować dołączanie białek do szklaków metabolicznych lub ich odłączanie. Nie badał on jednak bardziej fundamentalnej kwestii wiarygodności (albo niewiarygodności) tezy o ewolucyjnym powstawaniu białek.

Oczywiście Wagner przeprowadził godne uwagi badania, których wyniki mają pewne (ograniczone) znaczenie dla zagadnienia ewoluowalności białek. Na przykład w ramach innych badań dokonał on przeglądu względnych lokalizacji licznych białek w przestrzeni sekwencji⁹. Ustalił, które białka o takich samych strukturach pełnią odmienne funkcje i które funkcje mogą być pełnione przez białka mające odmienne struktury. Zidentyfikował też funkcje pełnione przez białka znajdujące się w parach lokalnych regionów w przestrzeni sekwencji i zauważył, że te regiony mają właściwe sobie wielkości oraz znajdują się w specyficznych odległościach od siebie. Zmapował także procent funkcji pełnionych w tych parach lokalnych regionów jako funkcje wielkości i oddzielenia (czyli różnic między aminokwasami) tych regionów. Na podstawie tej analizy Wagner dokonał ekstrapolacji i wysnuł wniosek, że mutacje mogą przekształcić białko (pełniące konkretną funkcję) w inne białko (pełniące inną funkcję) w tym regionie. W przekonaniu Wagnera umożliwiło to ewolucję białek w historii życia na Ziemi. Również jednak tym razem nie wykazał on empirycznie, że takie przekształcenia były kiedykolwiek możliwe. Po prostu zmapował interesujące korelacje między sekwencjami, funkcjami i strukturami białek.

W istocie wyniki własnych badań Wagnera wskazują na to, że ewolucja białek jest niezwykle trudna. Przyznał on na przykład, że wiele białek ma sekwencje, które występują skrajnie rzadko. Co więcej, zidentyfikował regiony bardzo oddzielone od siebie w przestrzeni sekwencji, przy czym białka znajdujące się w różnych regionach mają odmienne struktury i pełnią odmienne funkcje. Ta obserwacja wskazuje na to, że wiele rodzajów białek występuje nie tylko rzadko, ale też są one odizolowane, czyli są wyraźnie odmienne od wszystkich innych rodzajów białek należących do odległych regionów przestrzeni sekwencji. Wagner nie wykazał, że szeregi krótkich kroków (albo gładkie ścieżki ewolucyjne) łączą ze sobą nawzajem te różne rodzaje białek. Nawet jeśli mutacje mogą przekształcać pewne białka w inne, bliskie im białka – czego Wagner nie wykazał – to wyniki jego własnych badań wyraźnie wskazują na istnienie nieprzekraczalnych przepaści między wieloma innymi rodzajami białek. Posłużmy się metaforą Wagnera: wiele białek jest tak oddalonych od siebie nawzajem jak gwiazdy we Wszechświecie¹⁰.

Aktualny stan badań

Następnie opisujemy, jak wyniki badań przeprowadzonych przez czołowych ekspertów w dziedzinie ewolucji białek wzmacniają pogląd, że różne rodzaje białek są tak odizolowane od siebie nawzajem, że jeden rodzaj białek nigdy nie może wyewoluować w inny. Oto fragment artykułu opisującego wyniki badań (nieżyjącego już) Dana Tawfika:

„Kiedy zidentyfikujemy enzym wykazujący pewną słabą, niespecyficzną aktywność z perspektywy interesującej nas reakcji docelowej, to jest całkiem jasne, że przy następowaniu losowych mutacji można poddać selekcji i wzmocnić tę aktywność o kilka rzędów wielkości” – mówi Dan Tawfik z Instytutu Naukowego Weizmanna w Izraelu. „Nie mamy jednak żadnej hipotezy dotyczącej wcześniejszych etapów, kiedy nie istniało to spektrum aktywności enzymatycznych, miejsc aktywnych i sfałdowań, z których selekcja mogła uczynić punkty wyjścia. Teoria ewolucji znajduje się w sytuacji bez wyjścia: nic nie ewoluuje, chyba że już istnieje”¹¹.

Odnosimy się również do wykładu Tawfika¹², w trakcie którego stwierdził on, że białka można modyfikować tylko o tyle, o ile ich struktura nie ulega znacznej zmianie. Opisuje, że różne struktury białek są od siebie zupełnie odizolowane, a biologowie nie mają najmniejszego pojęcia, jak one powstały. Zdecydowana większość świadectw empirycznych wskazuje na to, że nowe złożone białka nigdy nie mogły wyewoluować wskutek działania niekierowanego procesu. Ten wniosek całkowicie obala tezę Kojonena o zgodności teorii ewolucji i hipotezy projektu.

Zaproponowany przez Kojonena model projektu jest więc empirycznie testowalny: czy warunki wstępne są precyzyjnie dostrojone, a krajobrazy przystosowania takie, że białka mogą łatwo ewoluować? Czy może jednak dane empiryczne wskazują na to, że krajobrazy przystosowania nie są gładkie, a różne rodzaje białek są odizolowane od siebie nawzajem? Jak pokazujemy w artykule, dysponujemy mocnymi świadectwami na rzecz tego drugiego poglądu. Jeśli mamy rację, to opracowany przez Kojonena model projektu jest błędny. To zaś ma poważny negatywny wpływ na jego próbę pogodzenia idei „projektu” z ideą „ewolucji”.

Brian Miller

Oryginał: To Create Functional Proteins, Evolution Would Need a Miracle, „Evolution News & Science Today” 2023, November 14 [dostęp: 14 II 2024].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan

Literatura: