Pod koniec lat osiemdziesiątych XX wieku po raz pierwszy zapoznałem się z teorią informacji i jej zastosowaniem do teorii pochodzenia życia. Moim wprowadzeniem do tego tematu była książka Origins and Destiny [Pochodzenie i przeznaczenie]1 autorstwa badacza Roberta Gange’a. Opisał on ideę uogólnionej formy tradycyjnej drugiej zasady termodynamiki, którą oparł na ustaleniach kwantowej mechaniki statystycznej. W połączeniu z poglądem, że powstanie życia z materii nieożywionej wiąże się ze wzrostem stopnia wyspecyfikowanej złożoności, nie zaś ze wzrostem stopnia uporządkowania, ta uogólniona druga zasada termodynamiki wznosi teoretyczną barierę dla dowolnego naturalistycznego scenariusza powstania życia.
Tradycyjną drugą zasadę termodynamiki uznaje się za niewzruszony wyznacznik możliwych skutków wszystkich procesów fizycznych. W szczególności każdą możliwą do pomyślenia propozycję skonstruowania perpetuum mobile można bez żadnej uprzedniej analizy odrzucić, biorąc za podstawę drugą zasadę termodynamiki. W odniesieniu do problemu powstania i rozwoju życia uogólniona druga zasada termodynamiki głosi, że każde „domniemane naturalistyczne wyjaśnienie […] będzie fałszywe, tak samo jak urzędnik patentowy w Waszyngtonie wie, że fałszywe jest każde twierdzenie o rzekomym wynalezieniu perpetuum mobile”2.
Rozważania stażysty podoktorskiego
Jako młody stażysta podoktorski w dziedzinie fizyki zastanawiałem się, dlaczego kwantowo-statystyczna wersja drugiej zasady termodynamiki nie była powszechniej uznawana za aspekt fizycznej rzeczywistości, który ogranicza każdy zaproponowany naturalny mechanizm powstania życia. Zważywszy jednak na to, że fizyczne podstawy uogólnionej drugiej zasady termodynamiki zwykle są gdzieś zakopane w stercie uniwersyteckich tekstów na temat kwantowej mechaniki statystycznej, słaba znajomość tej zasady nie powinna być zaskakująca.
Ponieważ trajektoria moich własnych badań zaprowadziła mnie od eksperymentalnej fizyki plazmy do optyki zintegrowanej, a później do nanoelektroniki obliczeniowej, więc moja praca zawodowa nie miała bezpośrednio wiele wspólnego z badaniami dotyczącymi fizycznych aspektów teorii informacji. Moje osobiste zainteresowanie zagadnieniem tego, jak świadectwa na rzecz inteligentnego projektu wypadają w obliczu rozwoju nauki, odpowiadało za to, że uwagę skupiłem na określonych odkryciach w dziedzinach kosmologii i biologii molekularnej.
Na początku lat dziewięćdziesiątych w bibliotece Uniwersytetu Waszyngtońskiego dostępny był artykuł Huberta Yockeya poświęcony tematowi zastosowania teorii informacji do problemu pochodzenia życia. Zauważając, że „Zawartość informacji w sekwencjach aminokwasów nie mogła wzrosnąć, zanim pojawił się kod genetyczny z funkcją adaptorową”, Yockey stwierdził: w świecie fizykochemicznym nie istnieje nic, co choćby trochę przypominało kod. Należy więc uznać, że obecnie nie istnieje żadne zasadne naukowe wyjaśnienie powstania życia3.
Rozwiązywanie zagadki życia
W połowie lat dziewięćdziesiątych przeczytałem książkę The Mystery of Life’s Origin [Tajemnica pochodzenia życia]4, w której autorzy odróżniają entropię cieplną (związaną z rozkładem energii w układzie) od entropii konfiguracyjnej (związanej z rozkładem masy – na przykład ze specyficzną sekwencją aminokwasów składających się na białko). Dzięki analizie licznych propozycji naturalnych mechanizmów mających rzekomo zdolność do pokonywania barier termodynamicznych reprezentowanych przez wysoki stopień entropii konfiguracyjnej w układach ożywionych doszli oni do wniosku, że wszystkie takie mechanizmy są „ewidentnie nieadekwatne jako wyjaśnienie kodowania związanego z entropią konfiguracyjną”5.
W filmie dokumentalnym zatytułowanym Unlocking the Mystery of Life [Rozwiązywanie tajemnicy życia] przekonująco broniono teorię inteligentnego projektu jako alternatywne dla mającego słabe potwierdzenie naturalizmu wyjaśnienie takich zagadek biochemicznych, jak nieredukowalna złożoność6 oraz specyficzne sekwencje aminokwasów składających się na funkcjonalne białka. Ze względu na ten ostatni przykład, dotyczący niezdolności przyrody do zwiększania z upływem czasu zawartości informacji w układzie zamkniętym, biofizyk Dean Kenyon odrzucił wyniki swoich wcześniejszych badań opisane w podręczniku zatytułowanym Biochemical Predestination [Biochemiczne przeznaczenie]7.
Pod koniec lat dziewięćdziesiątych mój harmonogram akademicki umożliwił mi zapoznanie się z innymi materiałami źródłowymi na temat fizycznych podstaw uogólnionej drugiej zasady termodynamiki, mianowicie z dwoma głównymi podręcznikami mechaniki statystycznej, do których odnosił się Gange. Autor jednego z tych podręczników podał podstawową definicję informacji podkreślającą związek między informacją a umysłem: „Informacja to byt, który odpowiada za różnicę między wiedzą a niewiedzą; między wieloma możliwościami a znajomością tej jednej, która rzeczywiście zaszła”8.
W kontekście umysłu różnica między wiedzą a niewiedzą jest istotna. Autor drugiego podręcznika, Arthur Hobson, potwierdza, że zważywszy na początkowy pomiar układu, przewidywania na temat stanu układu w późniejszym czasie „nie mogą zawierać więcej informacji (choć mogą zawierać jej mniej)”9 niż dane wyjściowe opisujące układ. To ograniczenie nałożone na procesy naturalne, mające związek z prawami mechaniki kwantowej, uniemożliwia układowi (nawet całemu Wszechświatowi ograniczonemu horyzontem kosmicznym) przejście od stanu o niższej zawartości informacji (przed powstaniem życia) do stanu o wyższej zawartości informacji (po powstaniu życia) za sprawą działania jakiejkolwiek kombinacji sił naturalnych.
Przypadek i konieczność
William Dembski potwierdza istnienie zakazów narzucanych przez uogólnioną drugą zasadę termodynamiki, wykazuje on bowiem, że przypadek i konieczność nie wystarczają do zwiększania stopnia złożonej wyspecyfikowanej informacji w układzie zamkniętym z upływem czasu:
Przyczyny naturalne nie mogą jednak tworzyć złożonej wyspecyfikowanej informacji. To mocne proskryptywne twierdzenie, że przyczyny naturalne mogą jedynie przekazywać złożoną wyspecyfikowaną informację, ale nigdy nie są w stanie jej tworzyć, określam mianem prawa zachowania informacji. Właśnie to prawo nadaje konkretną treść naukową twierdzeniu, że przyczyną złożonej wyspecyfikowanej informacji jest inteligencja10.
W 2005 roku, kiedy byłem promotorem studenckiej pracy na temat granic nauki, przeczytałem przełomowy artykuł Stephena Meyera, w którym przekonywał on, że źródłem informacji biologicznej jest inteligentny projekt11. Analiza i wnioski Meyera (który uzupełniał konkluzje płynące z wyników innych badań) wzbogaciły literaturę naukową potwierdzającą zasadność uogólnionej drugiej zasady termodynamiki jako fundamentalnego ograniczenia przyrody, które uniemożliwia powstanie życia wskutek działania procesów niekierowanych.
Czy w ciągu minionych dwudziestu lat przeprowadzono jakieś badania eksperymentalne wykazujące, jak procesy naturalne są w stanie efektywnie tworzyć złożone, wyspecyfikowane układy składników zawartych w funkcjonalnych cząsteczkach biologicznych? Brak sukcesów na tym polu badań nie ma związku z brakiem prób. Nie jest też zaskakujące, że naukowcy nie byli w stanie wytworzyć choćby jednego mającego znaczenie biochemiczne białka z mieszaniny składników, które z wszelkim prawdopodobieństwem były dostępne na pierwotnej Ziemi.
Ograniczenia procesów niekierowanych
James Tour, profesor chemii na Uniwersytecie Rice’a, znany z badań w dziedzinie syntetycznej chemii organicznej, doszedł do następującego wniosku na temat dowolnych naturalistycznych scenariuszy pochodzenia życia: „[…] jest tak mało prawdopodobne, aby wymagane cząsteczki (lipidy, białka, kwasy nukleinowe i węglowodany) wystąpiły w niezbędnych stanach i ilościach, że nigdy nie będziemy potrafili zrozumieć powstania wymaganego kodu ani niezbędnej informacji”12.
Zgodnie z uogólnioną drugą zasadą termodynamiki niekierowane procesy naturalne nie mogą systematycznie zwiększać zawartości informacji w układzie zamkniętym z upływem czasu. Ponieważ powstanie życia, czyli utworzenie się organizmu jednokomórkowego, stanowi właśnie taki wzrost zawartości informacji, więc nie należy oczekiwać, że procesy naturalne mogą być przyczyną powstania życia. Inteligencja jest jedynym znanym źródłem informacji, takiej jak ta zawarta w organizmach żywych. To, co wiemy o prawach fizyki, potwierdza ten wniosek.
Eric Hedin
Oryginał: Information and Life’s Origin – A Retrospective View, „Evolution News & Science Today” 2023, June 21 [dostęp 25 VIII 2023].
Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 25.8.2023
Przypisy
- Por. R. Gange, Origins and Destiny: A Scientist Examines God’s Handiwork, Word Books, Waco 1986.
- Tamże, s. 91.
- H.P. Yockey, Self Organization Origin of Life Scenarios and Information Theory, „Journal of Theoretical Biology” 1981, Vol. 91, No. 1, s. 26 [13–31], https://doi.org/10.1016/0022-5193(81)90370-2 [wyróżnienie zgodnie z oryginałem cytatu].
- Por. Ch.B. Thaxton, W.L. Bradley, R.L. Olsen, The Mystery of Life’s Origin: Reassessing Current Theories, Philosophical Library, New York 1984.
- Por. tamże, s. 165, https://www.ldolphin.org/mystery/chapt8.html [dostęp 11 VII 2023].
- Por. M.J. Behe, Czarna skrzynka Darwina. Biochemiczne wyzwanie dla ewolucjonizmu, tłum. D. Sagan, „Seria Inteligentny Projekt”, Fundacja En Arche, Warszawa 2020.
- Por. D.H. Kenyon, G. Steinman, Biochemical Predestination, McGraw-Hill, New York 1969 (przyp. tłum.).
- A. Katz, Principles of Statistical Mechanics: The Information Theory Approach, W.H. Freeman & Co., San Francisco 1967, s. 14.
- A. Hobson, Concepts in Statistical Mechanics, Gordon and Breach Science Publishers, New York 1971, s. 142–145.
- W.A. Dembski, Intelligent Design as a Theory of Information, „Discovery Institute” 1997, February 20 [dostęp 11 VII 2023].
- Por. S.C. Meyer, The Origin of Biological Information and the Higher Taxonomic Categories, „Proceedings of the Biological Society of Washington” 2004, Vol. 117, No. 2, s. 213–239 [dostęp 11 VII 2023].
- J.M. Tour, Origin of Life, Intelligent Design, Evolution, Creation and Faith, 2019, August [dostęp 11 VII 2023].
Literatura:
- Behe M.J., Czarna skrzynka Darwina. Biochemiczne wyzwanie dla ewolucjonizmu, tłum. D. Sagan, „Seria Inteligentny Projekt”, Fundacja En Arche, Warszawa 2020.
- Dembski W.A., Intelligent Design as a Theory of Information, „Discovery Institute” 1997, February 20 [dostęp 11 VII 2023].
- Gange R., Origins and Destiny: A Scientist Examines God's Handiwork, Word Books, Waco 1986.
- Hobson A., Concepts in Statistical Mechanics, Gordon and Breach Science Publishers, New York 1971.
- Katz A., Principles of Statistical Mechanics: The Information Theory Approach, W.H. Freeman & Co., San Francisco 1967.
- Kenyon D.H., Steinman G., Biochemical Predestination, McGraw-Hill, New York 1969.
- Meyer S.C., The Origin of Biological Information and the Higher Taxonomic Categories, „Proceedings of the Biological Society of Washington” 2004, Vol. 117, No. 2, s. 213–239 [dostęp 11 VII 2023].
- Thaxton Ch.B., Bradley W.L., Olsen R.L., The Mystery of Life’s Origin: Reassessing Current Theories, Philosophical Library, New York 1984.
- Tour J.M., Origin of Life, Intelligent Design, Evolution, Creation and Faith, 2019, August [dostęp 11 VII 2023].
- Yockey H.P., Self Organization Origin of Life Scenarios and Information Theory, „Journal of Theoretical Biology” 1981, Vol. 91, No. 1, s. 13–31, https://doi.org/10.1016/0022-5193(81)90370-2.