„Tajemnice komórki z Michaelem Behe” – o złotej erze biologii molekularnej i poznawaniu mikrokosmosu komórkowegoCzas czytania: 13 min

Współczesna nauka bardzo intensywnie się rozwija. W 2020 roku Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki została przyznana za odkrycia kosmologów i astrofizyków¹. Eksploracja Kosmosu skupia się jednak nie tylko na badaniu czarnych dziur, ale także na poszukiwaniu śladów życia – zarówno podstawowych jego form, jak i rozwiniętych cywilizacji. W drugiej połowie 2020 roku bardzo medialny stał się temat fosforowodoru w atmosferze Wenus i potencjalnego istnienia bakterii odpowiedzialnych za jego powstawanie na tej planecie². Wzbudziło to niemałe zainteresowanie opinii publicznej, zarówno uczonych, jak i laików, gdyż sprowokowało rozważania na temat wyjątkowości naszej planety oraz życia. Pojawiły się dane programu SETI dające do zrozumienia, że Ziemia wcale nie jest wyjątkową planetą, gdyż ‒ według szacunków opartych na obserwacjach astronomicznych ‒ tylko w Drodze Mlecznej może być nawet 300 milionów planet przyjaznych dla życia³. Samo istnienie życia również nie jest przez niektórych uczonych postrzegane jako coś wyjątkowego, ale jako zjawisko powszechne i stały punkt ewolucji planet. Trzy miesiące przed ogłoszeniem odkryć na Wenus pojawiła się bowiem matematyczna spekulacja, że Drogę Mleczną zamieszkuje około 36 wysokorozwiniętych cywilizacji⁴. Te oraz wcześniej wspomniane spekulacje mogą wywołać wrażenie, że życie jest czymś powszechnym i może powstawać na drodze przypadkowych i losowych procesów. Szczególną wagę przywiązuje się obecnie do abiogenezy i powiązanej z nią ewolucji chemicznej, uznając ją za możliwe wyjaśnienie pochodzenia życia na Ziemi⁵. Zespół polskich naukowców opracował nawet algorytm komputerowy analizujący możliwe reakcje prebiotyczne, zaczynając od najprostszych cząsteczek, które były łatwo dostępne na młodej Ziemi. Choć model ten nazwano „drzewem początków życia”, to nie stanowi on wzoru, według którego powstało życie⁶. Reakcje przedstawione w artykule w „Science” przedstawiają jedynie hipotetyczne początkowe reakcje prebiotyczne, jednak nie ukazują powstania DNA ani nawet jego prototypów. Informacja genetyczna jest bowiem zbyt złożona i uporządkowana, aby mogła być wynikiem przypadkowych i losowych procesów.

Nowoczesne technologie pozwalają nie tylko przeprowadzać symulacje biochemiczne, a także coraz precyzyjniej badać odległe planety, gwiazdy czy galaktyki, ale również dokładniej  przyglądać się mikrokosmosowi, czyli najdrobniejszym detalom mikroorganizmów, komórek i molekuł. I choć zarówno kosmologia z astrobiologią, jak i biologia molekularna z biochemią starają się znaleźć odpowiedź na to samo pytanie ‒ „jak powstało życie i czym ono właściwie jest?” ‒ to wspomniana wcześniej abiogeneza znacznie upraszcza zjawisko życia, pomijając choćby aspekt złożoności informacji genetycznej czy nieredukowalnej złożoności wielu układów biochemicznych. Na problemach złożoności komórki, czyli podstawowej jednostki życia, skupia się Michael J. Behe – wybitny biochemik i biolog molekularny – w nowym cyklu filmowym Tajemnice komórki z Michaelem Behe. Cykl składa się z pięciu krótkich, ale bogatych w treść odcinków, w których uczony analizuje poszczególne aspekty pochodzenia i złożoności życia.

Michael J. Behe twierdzi, że komórka zawiera niezwykle skomplikowane mechanizmy molekularne, których z oczywistych względów nie znał Karol Darwin, nie wiedział więc, jakie mechanizmy molekularne stoją za bioróżnorodnością oraz nie zdawał sobie sprawy ze złożoności pojedynczej komórki. Możliwe, że był to jeden z powodów, dla których Darwin skłaniał się do hipotezy abiogenezy⁷. Angielski przyrodnik wyobrażał sobie bowiem, że pierwszy związek białkowy mógł powstać w ciepłym bajorku gdzie znajdowałyby się odpowiednie substraty nieorganiczne, które w obecności światła i elektryczności zaczęłyby ze sobą reagować. Białko to następnie miałoby być poddawane kolejnym złożonym przemianom. Darwin jednak nie przywiązywał szczególnej wagi do zagadnienia początków życia, gdyż uważał, że zastanawianie się nad tym na podstawie ówczesnej wiedzy jest takim samym nonsensem, jak rozwodzenie się nad powstaniem materii⁸. Przeciwne podejście natomiast prezentuje Michael J. Behe, który stara się odpowiedzieć na pytania dotyczące natury początków życia oraz złożoności komórki.

W pierwszym odcinku cyklu filmowego, zatytułowanym Ktoś musi znać odpowiedzi, Behe zauważa, że obecne czasy są złotą erą biologii molekularnej, gdyż coraz częściej mają miejsce przełomowe odkrycia zmieniające nasze rozumienie najbardziej podstawowej jednostki życia, czyli komórki. Zwraca także uwagę na różnice pomiędzy wytworami ludzkiej inżynierii a znacznie bardziej zaawansowanymi strukturami występującymi w organizmach żywych. Biochemik podkreśla, że w każdej komórce działa wyrafinowana biomaszyneria molekularna, której poziom złożoności i efektywności znacznie przekracza możliwości naszej technologii i nawet najbardziej zaawansowanych fabryk. Komórki bowiem realizują programy genetyczne i szeregi przemian biochemicznych z niewiarygodną wydajnością. Behe dzieli się także osobistą historią, opowiadając, co sprawiło, że zaczął wątpić w darwinowską teorię ewolucji. Nauka nie tłumaczyła zaawansowanej złożoności komórki ani nie posiadała odpowiedzi na pytanie o początki życia. Uczony zauważa, że szczególną uwagę należy zwrócić nie na to, dlaczego czy kiedy powstało życie, ale w jaki sposób się to stało.

O złożoności i uporządkowaniu komórki biochemik opowiada więcej w drugim odcinku cyklu, zatytułowanym Złożoność życia. Aby wyjaśnić funkcjonowanie komórki, Behe posługuje się analogią do pracy w warsztacie samochodowym. Zauważa, że pojedyncza żywa komórka jest znacznie bardziej złożona niż współczesne samochody składające się z dziesiątek tysięcy części. Uczony nawiązuje ponadto do koncepcji nieredukowalnej złożoności, która jest charakterystyczna dla wielu wynalazków inżynierii, jak i dla elementów budujących żywe organizmy oraz ich pojedyncze komórki. Przytacza przykład pułapki na myszy, która do prawidłowego działania potrzebuje wszystkich swoich elementów na właściwym miejscu. Usunięcie lub uszkodzenie jednego z nich, na przykład zapadki czy sprężyny, powoduje, że cała pułapka przestaje działać. Podobnie jest ze znacznie bardziej złożoną wicią bakterii składającą się z wielu uporządkowanych elementów. W ten sposób wał napędowy, rotor, stator i wiele innych zsynchronizowanych części tworzą wydajny silnik wici, a brak któregokolwiek ze wspomnianych elementów uniemożliwia działanie całości. Behe zauważa ponadto, że człowiek składa się z 40 bilionów złożonych komórek, które tworzą równie skomplikowaną anatomię całego organizmu. Biochemik ma nadzieję, że poznanie wewnętrznych mechanizmów komórki umożliwi lepsze zrozumienie działania organizmów żywych – ich życia, umierania oraz ewolucji.

Trzeci odcinek cyklu ‒ zatytułowany Owady i koła zębate ‒ opowiada o bionice, czyli rozwiązaniach technicznych wzorowanych na świecie przyrody. Bionika jest bardzo szybko rozwijającą się gałęzią nauki, opiera się ona na naśladowaniu projektów obecnych w żywych organizmach. Na przykład zrozumienie struktury oka muchy pomogło w rozwoju zaawansowanej technologii optycznej. Warto jednak wspomnieć, że bionika skupia się nie tylko na rozwiązaniach technicznych, gdyż jest obecna między innymi w ekonomii⁹. W swoim filmie Behe skupia się jednak szczególnie na kołach zębatych i przekładniach, znanych naszej technologii od około dwóch tysięcy lat. Biochemik zauważa, że mechanizmy te stanowiły wyposażenie owadów znacznie wcześniej niż pojawił się człowiek, a obserwacja takich niewielkich owadów jak pluskwiak pomaga naukowcom w zwiększeniu siły i obrotów kół zębatych. Bowiem dzięki wykorzystaniu specjalnych kamer naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge dostrzegli, że pluskwiak koordynuje ruch swoich odnóży za pomocą precyzyjnie skonstruowanych kół zębatych. Działanie tego mechanizmu pozwala wykonać skok na odległość przeszło stukrotnie wyższą niż długość ciała pluskwiaka, dzięki wykorzystaniu maksymalnej siły i koordynacji. Behe podaje również inne owadzie inspiracje bioniczne, związane między innymi z robotyką oraz teleinformatyką.

W czwartym odcinku, który nosi tytuł Skutki mutacji, biochemik omawia skutki mutacji genetycznych, posługując się przykładami ze świata zwierząt. Opowiada o roli informacji genetycznej w biosyntezie białek oraz budowaniu i funkcjonowaniu organizmu. Uczony zauważa, że mutacje genetyczne najczęściej prowadzą do uszkodzenia poszczególnych genów. Tym uszkodzeniom przypisuje się zmiany adaptacyjne organizmów. Owszem mutacje czasami są korzystne, na przykład uszkodzenie genu kodującego miostatynę u psa powoduje większą masę zwierzęcia, co może być szczególnym dobrodziejstwem dla ras mieszkających w strefie tundry czy w okolicach koła podbiegunowego. Jednak jest i cena takich adaptacyjnych mutacji: uszkodzone geny nie powrócą już do swojej pierwotnej formy i funkcji. Nie naprawi ich też kolejna mutacja, gdyż nie są to ulepszenia DNA, a wyłącznie jego modyfikacje. Wiedzę i wnioski z odkryć związanych z mutacjami genetycznymi Behe odnosi do współczesnej wiedzy na temat ewolucji organizmów żywych, wspomina także o długoterminowym eksperymencie ewolucyjnym dotyczącym pałeczek E. coli. Zastanawia się również, jaki czynnik zwiększa potencjał ewolucji do powstawania coraz wyższych form, skoro zmiany adaptacyjne opierają się głównie na mutacjach, które są uszkodzeniami materiału genetycznego.

Temat tajemniczego czynnika mogącego mieć wpływ na tok ewolucji jest rozwinięty w piątej, czyli ostatniej, części cyklu, zatytułowanej Życie i „czynnik X”. Najpierw jednak Behe podsumowuje wszystkie informacje omówione we wcześniejszych odcinkach. Przypomina o zasadniczych funkcjach komórek, szczególnie w regulowaniu rozmiaru i kształtu organizmów żywych. Odwołuje się także do koncepcji nieredukowalnej złożoności w kontekście anatomii molekularnej oraz makroskopowej organizmów. Ponownie wspomina także o rzeczywistym sposobie działania mutacji genetycznych i zestawia tę wiedzę z powszechnie panującym poglądem, według którego mutacje są najlepszym wyjaśnieniem wszelkich zmian adaptacyjnych i bioróżnorodności, co stoi w sprzeczności z danymi empirycznymi. Dla naukowca tego złożoność komórki, uporządkowanie informacji genetycznej¹⁰ oraz zsynchronizowanie organelli komórkowych są świadectwami projektu, podobnie jak w inżynierii, gdzie wszystko jest zaplanowane i przemyślanie skonstruowane. Uczony żywi przekonanie, że dokładna analiza danych empirycznych, które dotyczą wielu zjawisk i struktur w przyrodzie, prowadzi do konkluzji, że ich przyczyną jest nieznana nam forma inteligencji. Biochemik nawiązuje również do historii nauki i postrzegania naukowości. Dostrzeganie w przyrodzie celowości i projektu było obecne w nauce od dawna¹¹, na przykład Arystoteles uważał, że celowość jest wbudowana w samą naturę. Przekonanie, że życie zostało celowo zaprojektowane, towarzyszyło zarówno osobom religijnym, jak i niereligijnym. Był to pogląd akceptowany w nauce, szczególnie że obserwacje astronomiczne, fizyczne czy chemiczne prowadziły często do wniosku, że w naturze istnieje uporządkowanie i ład. Behe zauważa, że ten naukowy konsensus został zakłócony przez Darwina i wprowadzenie przez niego do nauki losowości oraz przypadkowości. Warto jednak dodać, że artyficjalizm, czyli dostrzeganie w przyrodzie celowości, jest czymś intuicyjnym u dzieci, jednak z wiekiem wypiera go współczesne, naturalistyczne rozumienie naukowości¹².

Behe w serii filmów przedstawia różne świadectwa na rzecz teorii inteligentnego projektu. Filmy te są dostępne na kanale Discovery Institute, a dzięki staraniom Fundacji En Arche dodano do nich napisy w polskiej wersji językowej, dlatego każdy może skorzystać z rzetelnej wiedzy naukowej przekazywanej we wspomnianych obrazach. Każdy film posiada także wysokiej jakości wizualizacje graficzne, dzięki czemu zrozumienie działania poszczególnych struktur będzie jeszcze łatwiejsze. Warto wybrać się w tę fascynującą podróż po mikrokosmosie, który jest obecny w każdym z nas.

Bartosz Bagrowski

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 6.1.2021

Literatura: