Kooptacja i homologiczność białek nie wyjaśniają ewolucji wici bakteryjnej. Część 1Czas czytania: 13 min

Krytycy teorii inteligentnego projektu nie przeszli obok argumentów na rzecz nieredukowalnej złożoności obojętnie. W poprzednim poście¹ przedstawiłem elegancki projekt wici bakteryjnej, który ja i moi współautorzy  – Brian Miller, Stephen Dilley i Emily Reeves – opisaliśmy w opublikowanym na łamach czasopisma „Religions” artykule On the Relationship between Design and Evolution²[O relacji między hipotezą projektu a teorią ewolucji]. Wyjaśniamy w nim, dlaczego nieredukowalna złożoność wici bakteryjnej stanowi problem dla darwinowskiej teorii ewolucji. W odpowiedzi krytycy wskazują na to, że układy nieredukowalnie złożone mogą wyewoluować pośrednimi ścieżkami ewolucyjnymi (co często określa się mianem egzaptacji). Inaczej mówiąc, układ może w punkcie wyjścia pełnić jedną funkcję, ale później w toku ewolucji uzyskać inną funkcję. Istotne znaczenie w scenariuszach mówiących o pośrednich ścieżkach ewolucyjnych ma koncepcja kooptacji, zgodnie z którą białka mogą być zapożyczane z innych układów w komórce i następnie być modyfikowane i reorganizowane, tak aby pełniły zupełnie nowe funkcje w jakimś nowym układzie.

Artykuł napisaliśmy w reakcji na książkę The Compatibility of Evolution and Design³[Zgodność między teorią ewolucji a hipotezą projektu], której autorem jest Erkki Vesa Rope Kojonen. W interesującej nas tutaj kwestii zaczynamy od opisania tego, co wymaga wyjaśnienia, i pokazujemy, co należy zrobić, aby modele pośrednich ścieżek ewolucyjnych można było uznać za wiarygodne:

Ogólniej rzecz biorąc, wiarygodne ewolucjonistyczne wyjaśnienie wici bakteryjnej musi tłumaczyć nie tylko wiciowe systemy chemotaksji, napędowy i nawigacji, lecz także zestaw innych cech wici, w tym system dostarczania poszczególnych części, cykl konserwacyjny, pętle sprzężenia zwrotnego oraz wydajność funkcjonowania. W szczególności scenariusze ewolucji pośredniej (odwołujące się na przykład do kooptacji bądź egzaptacji) muszą wyjaśniać, jak 35–40 białkowych części wici wyewoluowało z części, które wcześniej pełniły inne funkcje w komórce. Musi ponadto wyjaśniać, skąd wzięły się instrukcje ich montażu. Barierą nie do pokonania dla dowolnego scenariusza są liczne ścisłe wymogi zidentyfikowane przez Waldeana Schulza⁴. Te wymogi muszą zostać spełnione, zanim układ będzie mógł pełnić jakąkolwiek funkcję. Przypomnijmy sobie dokonaną przez H. Allena Orra ocenę modelu kooptacji (do której odniósł się Kojonen): „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”⁵. Jak więc właściwie model kooptacji może wiarygodnie tłumaczyć powstanie najwydajniejszej maszyny we Wszechświecie?⁶

Następnie zwracamy uwagę na to, że Kojonen – bardzo wnikliwy krytyk teorii inteligentnego projektu, który argumenty tej teorii traktuje poważnie – preferuje takie modele ewolucji pośredniej, kooptacji czy egzaptacji jako wyjaśnienia powstania wici bakteryjnej. Wyjaśniamy, dlaczego jest to problem wymagający rozwiązania w odniesieniu do świadectw naukowych:

Kojonen mierzy się z problemem nieredukowalnej złożoności bezpośrednio. Ujmuje go następująco: „Paul Draper⁷ zadaje kluczowe pytanie: czy wymogi dla każdej poszczególnej części rzeczywiście są tak ścisłe, jak twierdzi Behe? Jeśli biologiczne części są bardziej plastyczne niż zakłada Behe, tak że do pełnienia ich funkcji potrzebna jest mniejsza specyficzność, to argument Behego przeciwko modelowi kooptacji jest błędny. Możliwość obalenia argumentu Behego zależy więc od szczegółów dotyczących sposobu działania białek oraz od trudności przejścia od jednej formy białka do innej, w pewnej mierze podobnej, formy. Wówczas musiałby istnieć nieprzerwany szereg funkcjonalnych form prowadzących od bakterii bez wici do bakterii posiadającej wić, przy czym żadna zmiana nie byłaby zbyt duża dla doboru naturalnego i wszystkie modyfikacje byłyby wykonalne. Podobnie jak w przypadku argumentu Williama Dembskiego, wydaje się wiarygodne, że ewolucja takich złożonych układów jest trudna, a możliwość istnienia takiej ścieżki ewolucyjnej jest ściśle uwarunkowana. Niezależnie jednak od tego, czy taka ewolucja jest trudna, jest możliwe, że przyroda ją dopuszcza. Behe sądzi, że istnienie takich ścieżek jest mało prawdopodobne, ale zasadniczo jest to kwestia empiryczna”⁸. W tej wypowiedzi należy dostrzec dwa kluczowe elementy. Po pierwsze, Kojonen stwierdził, że jest to „kwestia empiryczna”. I oczywiście ma rację. Najważniejsze są tutaj szczegółowe dane naukowe. Czy dysponujemy empirycznymi świadectwami istnienia gładkich ścieżek ewolucyjnych między zdolnymi do utrzymania się formami, czy takich świadectw nie posiadamy? W zasadzie jest to problem naukowy. Model Kojonena po części jest zależny od danych empirycznych⁶.

Rzadkie występowanie białek stanowi problem dla modelu kooptacji

Drugi dostrzegany przez nas element w powyższej wypowiedzi Kojonena to ten, że modele ewolucyjne odwołujące się do kooptacji są mocno zależne od ewoluowalności nowych, pełniących nowe funkcje białek. Jak jednak wyjaśnił już Brian Miller, rzadkie występowanie funkcjonalnych sekwencji białkowych skrajnie obniża prawdopodobieństwo, że ślepe mechanizmy ewolucyjne mogą przebyć drogę od jednej funkcjonalnej sekwencji do nowego typu białka⁹. Stwarza to poważną barierę dla modeli ewolucyjnych odwołujących się do kooptacji:

Po drugie, Kojonen stwierdza również, że „możliwość obalenia argumentu Behego zależy więc od szczegółów dotyczących sposobu działania białek oraz od trudności przejścia od jednej formy białka do innej, w pewnej mierze podobnej, formy”¹⁰. Oznacza to, że według Kojonena skuteczna krytyka argumentu Behego zależy od sposobu działania białek i możliwości przekształcania jednych białek w inne. To podejście jest sensowne. Na przykład wić bakteryjna utworzona jest z części białkowych. Ogromne znaczenie ma więc funkcja każdej części, jak również prawdopodobieństwo wyewoluowania danej części z formy ancestralnej w formę obecną. Krótko mówiąc, Kojonen uważa, że jego krytyka argumentacji Behego – czyli próba wykazania, że „projekt” wici jest zgodny z teorią „ewolucji” głównego nurtu – jest zależna od wiarygodności (albo niewiarygodności) tezy o ewoluowalności białek.

Ma to istotne znaczenie. Przeanalizowaliśmy już mocne świadectwa przeciwko przekonaniu o precyzyjnym dostrojeniu warunków wstępnych i krajobrazów przystosowania, które miałyby być „zaprojektowane” w celu umożliwienia ewolucji białek. Oznacza to, że przedstawione wyżej (część 4) wyniki obliczeń mają bezpośredni wpływ na słuszność odpowiedzi Kojonena na argumentację Behego. Jeśli te obliczenia są poprawne, to – zgodnie z własnym ujęciem Kojonena – bezpiecznie można uznać, że Kojonen nie rozwiązał problemu nieredukowalnej złożoności. Wić zdaje się więc przejawiać taki typ projektu, który wchodzi w konflikt z teorią ewolucji. Inaczej mówiąc, w tej mierze, w jakiej Kojonen uznaje wić bakteryjną za świadectwo „projektu”, jego połączenie „projektu i ewolucji” wydaje się wewnętrznie niespójne¹¹.

Co musi wyjaśnić model kooptacji

Co dokładnie jest potrzebne do opracowania wiarygodnego modelu ewolucji pośredniej czy kooptacji? Zwolennicy teorii inteligentnego projektu przeprowadzili znakomitą analizę tego zagadnienia. Opisujemy to w artykule:

Wiedząc już, co stanowi kluczowe wyzwanie dla odpowiedzi udzielonej Behemu przez Kojonena, na potrzeby wywodu rozważymy teraz model kooptacji na własnych zasadach Kojonena. Nawet w takim przypadku model ten nie jest wiarygodny. Kojonen cytuje naukowców powołujących się na egzaptację (nazywaną też „kooptacją” albo „ewolucją pośrednią”) w celu zaoferowania ewolucjonistycznego wyjaśnienia powstania wici bakteryjnej. Zgodnie z tym modelem ewolucja przebiega na zasadzie zapożyczania części z różnych układów, modyfikowanie ich, tak aby zaczęły pełnić inne funkcje niż wcześniej, oraz tworzenia z nich nowego układu, który pełni nową funkcję. Filozof Angus Menuge wymienił pięć elementów, które musi uwzględnić model kooptacji, aby mógł wyjaśnić powstanie układu nieredukowalnie złożonego: 1. Dostępność części. 2. Synchronizacja, czyli dostępność części w tym samym czasie. 3. Lokalizacja, czyli dostępność części w tym samym miejscu. 4. Koordynacja – produkcja części jest skoordynowana, tak aby mogło dojść do ich montażu. 5. Zgodność powierzchni – części są „kompatybilne, to znaczy »dobrze dopasowane« i właściwie »oddziałujące ze sobą«”¹².

Zazwyczaj modele egzaptacji lub kooptacji nie wyjaśniają niczego poza elementem (1) – a i to tylko częściowo. Kojonen twierdzi, że 90% części wici ma homologi odgrywające funkcjonalne role poza wicią. Jak się przekonamy, jest to twierdzenie nieścisłe, a mające tłumaczyć ewolucję wici modele kooptacji/egzaptacji borykają się z tym i innymi problemami⁶.

Kojonen idzie więc śladem wielu zwolenników modeli kooptacji, którzy uwzględniają tylko pierwszy element niezbędny do opracowania wiarygodnego ewolucyjnego modelu kooptacji, a w związku z tym koncentrujemy naszą krytykę na kwestii, czy podobieństwo między białkami wici a białkami niewiciowymi pomaga rozwiązać problem ich pochodzenia. Przedstawiamy trzy główne problemy związane z modelami kooptacji, które mają wyjaśniać ewolucję wici bakteryjnej.

Problem 1: Samo podobieństwo sekwencji nie wskazuje na ścieżkę ewolucyjną

Pierwsze ważne poczynione przez nas spostrzeżenie dotyczy po prostu tego, że fakt, iż dwa rodzaje białek mają podobne sekwencje, nie wystarczy do wykazania, że istnieje ścieżka ewolucyjna prowadząca od jednej sekwencji do innej:

W kontekście teorii ewolucji chemicznej zwykle twierdzi się, że głównym świadectwem homologiczności między dwoma białkami są podobieństwa między sekwencjami aminokwasów. Pierwszym błędem zwolenników modelu kooptacji jest więc uznawanie, że podobieństwo sekwencji między dwoma białkami wskazuje na ścieżkę ewolucyjną. Nawet jeśli inne układy zawierają białka podobne do każdego składnika jakiegoś układu nieredukowalnie złożonego, co najwyżej może to wskazywać na homologiczność, która może być skutkiem wspólnoty pochodzenia. Samo podobieństwo sekwencji nie świadczy o stopniowej ewolucji. Kojonen zdaje się nie dostrzegać tego ważnego niuansu. Twierdzi on, że „części wici są podobne (lub homologiczne) do części, które pełnią inne funkcje, a to daje podstawy do sformułowania wiarygodnego ewolucjonistycznego wyjaśnienia jej powstania”¹³. Pisze on również: „na przykład istnienie podobnych części w innych układach świadczy o ewoluowalności”¹⁴. Samo podobieństwo nie wskazuje jednak na realną ścieżkę ewolucyjną. Jak wyjaśnia Behe: „Porównywanie sekwencji, choć przydatne przy określaniu możliwych linii pokrewieństwa […] nie pozwala wyjaśnić, w jaki sposób dany złożony układ biochemiczny uzyskał swoją funkcję, czyli tego, co w tej książce interesuje nas najbardziej. Analogicznie instrukcje obsługi dwóch różnych modeli komputera, wyprodukowanych przez tę samą firmę, mogą zawierać wiele identycznych słów, zdań, a nawet akapitów, co może sugerować ich wspólne pochodzenie (być może obie instrukcje napisał ten sam autor), ale porównywanie ciągów liter występujących w tych instrukcjach nigdy nie powie nam, czy komputer można zbudować krok po kroku z maszyny do pisania. […] Podobnie jak badacze analizujący sekwencje uważam, że dane empiryczne silnie przemawiają za wspólnym pochodzeniem. Nie odpowiedziano jednak na podstawowe pytanie: jaka była przyczyna powstania układów złożonych?”¹⁵

Behe wskazuje na to, że przyczyną powstania dwóch różnych instrukcji obsługi może być ten sam autor (czyli istota posiadająca umysł). W związku z tym samo podobieństwo nie przemawia za tym, że pozbawione umysłu procesy mogą utworzyć rozpatrywany układ⁶.

– Koniec części pierwszej –

Casey Luskin

Oryginał: Co-Option and Protein Homology Don’t Explain the Evolution of the Flagellum, „Evolution News & Science Today” 2023, December 22 [dostęp: 8 III 2024].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan