Kaskada krzepnięcia krwi, czyli cud ludzkiej fizjologiiCzas czytania: 16 min

Wielokrotnie z ogromnym podziwem obserwujemy znakomicie zorganizowane akcje ratunkowe. Zadziwiają nas doskonale dopracowane systemy reagowania, które pozwalają na ratowanie zdrowia i życia człowieka. Ich sukces opiera się na harmonijnej współpracy każdego z elementów systemu. Gdyby świadek zdarzenia nie powiadomił dyspozytora, ten nie mógłby poinformować znajdujących się w pobliżu ratowników medycznych, a w szpitalu nie zorganizowano by zespołu medycznego po sygnale, że pacjent jest już w drodze, i nie udzielono by określonej dla danego przypadku pomocy. Ta pieczołowicie obmyślona strategia pozwala na optymalną interwencję medyczną w odpowiednim czasie. Nie każdy ma jednak świadomość, że w naszych organizmach istnieje o wiele bardziej złożony system reagowania, który w razie potrzeby ratuje nas z opresji. Pomyślmy o wszystkich skaleczeniach i urazach w ciągu naszego życia, w których doszło do naruszenia naczyń krwionośnych i skóry oraz wypływu krwi. Czy nie zadziwia nas, w jaki sposób w wielu przypadkach dochodzi do przerwania krwotoku i skutecznej regeneracji powstałych ran? Zajście tych procesów zawdzięczamy precyzyjnie dostrojonemu systemowi krzepnięcia krwi. Jeszcze ciekawsze wydaje się pytanie, czy jesteśmy w stanie ustalić, w jaki sposób tak precyzyjny system mógł ewoluować? Kaskada krzepnięcia krwi była od dziesięcioleci przedmiotem badań naukowców¹. Teoria powstania tego systemu zaproponowana przez jednego z badaczy, biologa molekularnego Michaela Behego, jest częścią merytorycznej dyskusji na temat możliwości powstania kaskady krzepnięcia krwi drogą ewolucji i niesie wiele pozytywnych argumentów na rzecz teorii inteligentnego projektu. Wydaje się, że spostrzeżenia Behego nie pozostawiają wątpliwości co do tego, że kaskada ta nie mogła powstać dzięki niekierowanej ewolucji.

Jak głosi darwinowska teoria ewolucji, formy życia rozwinęły się dzięki mechanizmowi doboru naturalnego, choć sam autor pracy O powstawaniu gatunków zdawał sobie sprawę, że jego teoria napotyka na wiele problemów². Niemniej znane są trzy rodzaje mutacji: mutacje neutralne, które nie powodują zasadniczych zmian i nie wykazują wpływu na funkcjonowanie osobnika, mutacje szkodliwe, które utrudniają funkcjonowanie, oraz mutacje korzystne, które to funkcjonowanie ułatwiają, ponieważ skutkują adaptacją osobników do warunków środowiskowych³. Behe zastanawiał się, czy istnieją korzystne mutacje mające związek z krwią. Jego odpowiedź początkowo nie była jednoznaczna. W jednym z odcinków programu Secrets of the Cell [Sekrety komórki] nakręconego przez Discovery Science Behe podał przykład mutacji występującej u niektórych osób narażonych na zakażenie malarią⁴. Mutacja ta dotyczy genu hemoglobiny beta (HBB) i powoduje wytwarzanie przez organizm hemoglobiny S, która polimeryzuje w warunkach niedotlenienia lub kwasowości, deformując czerwone krwinki w kształt sierpa. Osoby, u których występuje taka mutacja, cierpią na schorzenie krwi zwane anemią sierpowatą. Jednakże są one odporne na pasożyty malarii, co skutkuje pewną naturalną odpornością na tę chorobę⁵. Zatem mogłoby się wydawać, że mutacja powodująca zmianę w komórkach krwi, dzięki której człowiek mógł przystosować się do środowiska objętego występowaniem choroby, to idealny przykład ewolucji. Komórki sierpowate mogą powodować anemię, ostry i przewlekły ból, infekcje oraz wiele poważnych dolegliwości, między innymi przewlekłą chorobę płuc, martwicę kości czy przewlekłą chorobę nerek⁶. W konsekwencji taka postać krwinki musi nieść niekorzystne skutki dla danego osobnika. Behe konkluduje, że w rzeczywistości to jedna z wielu szkodliwych mutacji – tak jak i większość nieneutralnych mutacji genetycznych – i podaje za przykład zmutowany gen CFTR powodujący mukowiscydozę, gen HEXA powodujący chorobę Taya-Sachsa czy gen PAH powodujący fenyloketonurię⁷. W jednym z programów Discovery Science podsumowuje: „Nie ma więc świadectw na to, aby korzystna mutacja skutkowała konstruktywnymi zmianami sprzyjającymi ewolucji”⁸.

Zastanówmy się, od czego zależy sukces układu krzepnięcia krwi. Każdy element tego systemu, tak jak każdego innego systemu reagowania, musi wykonać określoną pracę. W 1964 roku Robert G. Macfarlane, Earl W. Davie i Oscar D. Ratnoff nazwali układ krzepnięcia krwi kaskadą, ponieważ w tym systemie zamierzony efekt uzyskuje się w wyniku sekwencyjnej aktywacji proteolitycznej proenzymów przez proteazy osocza⁹. Jeśli zabraknie nawet jednego współzależnego białka lub będzie ono uszkodzone, układ straci funkcjonalność, czego konsekwencją może być krzepnięcie krwi w nieodpowiednim miejscu lub czasie. Wieloetapowość układu krzepnięcia krwi oraz współzależność jego składowych elementów ściśle przedstawia koncepcja kaskady opisana przez Harolda R. Robertsa w 1998 roku¹⁰. Za moment inicjacji krzepnięcia uznaje się ekspozycję czynnika tkankowego na powierzchni monocytów lub fibroblastów. Ten z kolei w kompleksie z czynnikiem V i jonami wapnia aktywuje protrombinę do trombiny. Powstałe w ten sposób ilości trombiny są niewystarczające do utworzenia stabilnej fibryny, jednak pozwalają na rozdzielenie kompleksu czynnika VIII z czynnikiem von Willebranda, aktywację płytek, ponowną aktywację czynnika V oraz aktywację czynnika XI. Płytki krwi tworzą w miejscu skaleczenia ochronną warstwę tamującą swobodny przepływ krwi. Taka bariera nie jest jednak wystarczająca, więc system aktywuje kolejne sygnały chemiczne. Czynnik IXa na powierzchni aktywowanych płytek tworzy kompleks z fosfolipidami błony płytkowej, czynnikiem VIIIa i czynnikiem X. Prowadzi to do aktywacji czynnika X do Xa, który tworzy kompleks zwany protrombinazą z czynnikiem Va i protrombiną, w którym powstaje trombina. Oprócz przemiany fibrynogenu w fibrynę trombina aktywuje czynnik XIII stabilizujący skrzep, przez co rozpuszczalna fibryna przyjmuje postać fibryny stabilizowanej. Poprzez umocnienie fibryną hemostatycznego czopa płytkowego powstaje skrzep. Pracę białek krzepnięcia krwi balansują natomiast białka przeciwkrzepliwe. Nieustające tworzenie się łańcuchów fibryny mogłoby spowodować zablokowanie światła naczyń krwionośnych zagrażające zdrowiu i życiu człowieka. Istotnymi naturalnymi inhibitorami krzepnięcia krwi są antytrombina oraz trombomodulina. Antykoagulacyjna aktywność antytrombiny polega na inaktywacji trombiny i aktywnego czynnika Xa oraz czynników IXa, XIa i XIIa. Kompleks trombiny i trombomoduliny katalizuje natomiast aktywację białka C, które wykazuje silne działanie przeciwzakrzepowe¹¹. Dodatkowo aktywacja plazminogenu w plazminę pozwala na rozpuszczenie i usunięcie złogów fibryny¹². Powstała rana zaczyna się goić, a cały system reagowania opuszcza miejsce interwencji.

Czy to możliwe, aby tak niezwykle złożony systemem mógł powstać wskutek losowych zmian selekcjonowanych przez dobór naturalny? Jak tłumaczy Behe, kaskada krzepnięcia krwi jest nieredukowalne złożona¹³. Wszystkie części takiego systemu są niezbędne, a brak nawet pojedynczego elementu będzie skutkował utratą funkcjonalności. Układ nieredukowalne złożony nie może powstać poprzez ciągłe udoskonalanie początkowej funkcji, która działa na zasadzie tego samego mechanizmu w drodze stopniowych przekształceń, jak mutacje, ponieważ każdy pozbawiony określonego elementu prekursor takiego systemu jest niefunkcjonalny¹⁴. Kaskada krzepnięcia krwi musiała zatem powstać od razu, w całości, co przemawia za projektem. Pogląd o nieredukowalnej złożoności układu krzepnięcia krwi zakwestionował czołowy ekspert w dziedzinie krzepnięcia krwi Russell F. Doolittle, odnosząc się do artykułu o przeprowadzonych przez Thomasa Buggego eksperymentach na myszach zatytułowanego Loss of Fibrinogen Rescues Mice from Pleiotropic Effects of Plasminogen Deficiency [Utrata fibrynogenu ratuje myszy przed efektami plejotropowymi niedoboru plazminogenu¹⁵. Analiza Doolittle’a, którą przedstawił w pracy A Delicate Balance [Subtelna równowaga], doprowadziła go do wniosku, że usunięcie części kaskady krzepnięcia krwi u myszy nie spowodowało negatywnych skutków w ich organizmach¹⁶. U myszy, u których wyeliminowano plazminogen, pojawiły się powikłania zakrzepowe ze względu na niemożność usuwania skrzepów fibrynowych. Natomiast w kolejnej grupie doświadczalnej wyeliminowanie fibrynogenu z kaskady doprowadziło do krwotoków. Jak się okazało, skrzyżowanie obu powyższych grup myszy poskutkowało pojawieniem się potomstwa pozbawionego z praktycznego punktu widzenia problemów funkcjonalności układu krzepnięcia krwi. Uczony tak podsumował swoje wnioski: „Muzyka i harmonia mogą powstać z mniejszej orkiestry”¹⁷.

Należy jednak zwrócić uwagę, że Behe krytykuje darwinizm, a nie pogląd o  możliwości powstawania mniej złożonych z bardziej złożonych systemów. Eksperyment ten nie odzwierciedlał drogi ewolucyjnej, ponieważ polegał jedynie na znokautowaniu organizmów z kaskadą krzepnięcia krwi do form z niedoborem, aby poprzez ich skrzyżowanie otrzymać potomstwo z funkcjonalnym układem krzepnięcia krwi. Na myśl przychodzi jeden z ewolucjonistycznych argumentów przeciwko idei nieredukowalności sformułowany przez Roberta T. Pennocka, który w książce Tower of Babel: The Evidence Against the New Creationism [Wieża Babel. Świadectwa przeciwko nowemu kreacjonizmowi] zasugerował, że to, co Behe uznaje za układ nieredukowalnie złożony, nie stanowi większego wyzwania dla darwinizmu. Aby osłabić argument na rzecz projektu, filozof przekształcił definicję nieredukowalnej złożoności. Jak zaznaczył Behe, w swojej koncepcji nieredukowalnej złożoności nie twierdził, że: „[…] na drodze do jakiegokolwiek układu nieredukowalne złożonego nigdy nie mogą istnieć żadne formy pośrednie, które dobór naturalny mógłby selekcjonować”¹⁸, co zasugerował Pennock. Wręcz przeciwnie – w Czarnej skrzynce Darwina Behe wskazuje, że: „[…] nawet jeśli dany układ jest nieredukowalne złożony (więc nie mógł utworzyć się bezpośrednio ze swojego prekursora), to nie można definitywnie odrzucić możliwości pośredniej, okrężnej drogi jego powstania. W miarę jednak zwiększania się złożoności funkcjonującego układu drastycznie maleje prawdopodobieństwo drogi pośredniej”¹⁹. Idąc dalej, Pennock chciał wzmocnić słuszność swojego poglądu, omawiając w Tower of Babel możliwe skutki uszkodzenia chronometru, czyli zegarka, który w precyzyjny sposób pozwala na określenie długości geograficznej na morzu. Według Pennocka w pewnym stopniu zepsuty czasomierz mógłby pełnić odmienną funkcję w mniej wymagających warunkach, na przykład na lądzie²⁰. W tej samej książce Pennock napisał, że zakładając, iż takie zegarki będą się samoreplikować, to przy zajściu losowych zmian i odpowiedniej selekcji mogłyby pełnić bardziej zaawansowane funkcje i wykształcić zdolność do mierzenia długości geograficznej²¹.

Rozwiązanie zaproponowane przez Pennocka ma jednak wadę – filozof nie odniósł się do zagadnień naukowych, przez co jego rozważania nie łączą się z zagadnieniami ewolucji. Z jego argumentów można wywnioskować, że uszkodzenie precyzyjnego chronometru poprzez uszkodzenie którejś z jego specjalistycznych części doprowadzi do powstania mniej złożonego, ale wciąż działającego zegarka, który może być prekursorem ponownego powstania chronometru. Nie wyjaśnia to jednak, w jaki sposób w pierwszej kolejności mógłby powstać chronometr. Dodatkowo Pennock nie przedstawia żadnej metody skonstruowania tak skalibrowanego systemu poprzez dodawanie do zegarka złożonych części w postaci balansów czy sprężyn. Procesy oparte na mechanizmie podobnym do przedstawionego przez Pennocka obserwuje się w przyrodzie. Jednym z nich jest zjawisko uwsteczniania się zmysłu wzroku u ryb jaskiniowych zamieszkujących podziemne akweny wodne. Młode osobniki jednego z gatunku takich ryb – ślepca jaskiniowego odkrytego w 1936 roku przez amerykańskich ichtiologów Carla L. Hubbsa i Williama T. Innesa²² – rodzą się z całkowicie wykształconymi oczami, które wraz z rozwojem ryb zanikają. Pomimo całkowitej ślepoty dorosłe osobniki mają zdolność orientacji w środowisku dzięki funkcjonowaniu pozostałych zmysłów. Późniejsze artykuły doprowadziły do wniosków, że ślepce jaskiniowe są w rzeczywistości podziemną formą znanego już wcześniej gatunku Astyanax fasciatus mexicanus, który żyje w wodach powierzchniowych²³. Jest to idealny przykład analogii do zepsutych chronometrów w świecie biologii oraz przykład zjawiska zwanego ewolucją regresywną. Pennock błędnie odczytał sens rozważań Behego, który nie podważał możliwości powstania mniej złożonych systemów z tych bardziej precyzyjnych i skomplikowanych, lecz starał się znaleźć bardziej wiarygodny od darwinowskiego sposób powstania tych najbardziej złożonych. Poprzez pojęcie nieredukowalnej złożoności Behe wskazuje na ogromny problem ewolucjonizmu darwinowskiego. Prawie wszystkie tak skomplikowane układy, jak kaskada krzepnięcia krwi, wymagają wielu elementów, aby mogły poprawnie funkcjonować. Darwinowska teoria ewolucji nie jest w stanie wskazać, w jaki sposób takie układy mogły powstać z prostszych systemów poprzez liczne, następujące po sobie drobne przekształcenia. Filozoficzne twierdzenia Pennocka nie odnoszą się do tego, co dla Behego jako naukowca w definicji nieredukowalnej złożoności było najważniejsze i co przedstawił jako: „[…] wskazanie empirycznej przeszkody dla gradualizmu darwinowskiego, czyli złożonych, interaktywnych układów w ich rzeczywistym kontekście biologicznym”²⁴. Dotyczy to również twierdzeń sformułowanych przez Doolittle’a, który zasugerował, że nie wszystkie elementy kaskady krzepnięcia są niezbędne, tym samym podważając ideę nieredukowalnej złożoności. W przyrodzie zauważa się możliwość powstawania mniej złożonych układów z ich bardziej złożonych wersji, przez co argumenty autorstwa Pennocka oraz Dolittle’a nie przekonują. Problemem pozostaje wciąż wyjaśnienie, w jaki sposób wykształcił się tak doskonały system, jak kaskada krzepnięcia krwi.

Pomimo upływu lat żadna publikacja naukowa nie wykazała, jak doszło do powstania układu krzepnięcia krwi w wyniku przypadkowych mutacji i doboru naturalnego. Nierozsądne zatem wydaje się pomijanie teorii przedstawionej przez Behego, której krytyka opiera się na ignorowaniu twierdzeń tego amerykańskiego biochemika na temat nieredukowalnej złożoności. Kaskada krzepnięcia krwi, czyli cud ludzkiej fizjologii, jest w rzeczywistości przykładem tylko jednego z wielu skomplikowanych systemów opierających się na współzależnych elementach. Powstanie działających z mistrzowską precyzją systemów, którym nie dorównują te najbardziej zaawansowane wytworzone przez człowieka, stanowi ogromne wyzwanie dla darwinizmu. Być może Behe nie myli się, twierdząc, że niektóre biologiczne systemy nie powstały przez przypadek, lecz zostały celowo zaprojektowane.

Julia Dziergacz

Stypendystka IV edycji konkursu stypendialnego Fundacji En Arche

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 27.1.2023

Literatura: