Wstęp – O pochodzeniu. Ujęcie naukoweCzas czytania: 12 min

Zbiór artykułów przedstawionych w kolejnym tomie O pochodzeniu. Ujęcie naukowe został poświęcony naukowym zagadnieniom związanym z problematyką pochodzenia i rozwoju życia (oczywiście, z racji podejmowanego tematu, czytelnik znajdzie tu też pewne treści filozoficzne, które są nieodzowne dla teorii podejmujących zagadnienia graniczne). W niniejszym tomie zostały zaprezentowane nowe i już wcześniej poznane teorie naukowe tego podstawowego zagadnienia: jak powstało i jak rozwijało się życie na Ziemi. Szczególnie te pytania odnoszą się do życia aerobowego.

Znaczenie słowa „ewolucja” –  jest „śliskie”, nieścisłe, jest to tak naprawdę pojęcie wieloznaczeniowe, może mieścić w sobie przynajmniej siedem podstawowych znaczeń, które są ze sobą powiązane: ewolucja kosmiczna od Wielkiego Wybuchu do powstania czasoprzestrzeni, materii widzialnej i niewidzialnej (ciemnej materii i ciemnej energii); ewolucja materii widzialnej, jak powstanie gwiazd, czarnych dziur, powstanie galaktyk, grup i superskupisk galaktyk; ewolucja chemiczna, eksplozje supernowych, zderzenia gwiazd neutronowych, powstanie 92 podstawowych pierwiastków chemicznych, powstanie gwiazd typu Słońce i układów planetarnych; ewolucja organiczna, czyli jak powstają organiczne związki chemiczne w kosmosie i na Ziemi, takie jak: aminokwasy, nukleotydy, nukleozydy, węglowodory, cukry, lipidy, alkohole, fenole i inne, jak powstały woda, tlen i azot; ewolucja życia. czyli, w jaki sposób związki organiczne i nieorganiczne uformowały pierwsze żywe komórki i dlaczego życie aerobowe stało się dominujące na Ziemi; makroewolucja, która próbuje wyjaśnić, jak jedne proste formy życia przekształcają się w nowe bardziej skomplikowane i zróżnicowane; mikroewolucja, która odnosi się do zmienności wewnątrzgatunkowej (darwinowska teoria doboru naturalnego nawiązuje do dwóch ostatnich).

Współcześni neodarwiniści często odwołujący się do biologii molekularnej mają na ogół mgliste pojęcie o procesach fizycznych i chemicznych prowadzących do powstania gwiazd i 92 podstawowych pierwiastków chemicznych zawartych w układzie okresowym – tak zwanej tablicy Mendelejewa – czyli podstawowych cegiełek budujących materię widzialną we Wszechświecie. Pierwiastki te, niezależnie czy budują widzialną materię ożywioną, czy nieożywioną, mają te same fizyko-chemiczne właściwości. Pierwiastki chemiczne – jak wodór, hel czy lit – powstały zaraz po Wielkim Wybuchu, kiedy nowo powstały Wszechświat schłodził się do temperatury poniżej 5000 stopni K. Kolejne pierwiastki powstały w procesach fuzji jądrowej nowo powstałych gwiazd, które eksplodowały jako supernowe. Pierwiastki, takie jak złoto, platyna czy iryd, powstają w zderzeniach i eksplozjach gwiazd neutronowych, wtórnych produktów po eksplozjach supernowych.

Brak holistycznego spojrzenia naukowców na ewolucję kosmiczną, ewolucję chemiczną i ewolucję biologiczną prowadzi współczesnych neodarwinistów na „ziemię nieznaną”, na „wyspy niewiedzy i fantasmagorii naukowych”. Nie jest powszechnie znany fakt, że bez ciemnej materii znana architektura Wszechświata widzialnego nie zaistniałaby, a w związku z tym nie zaistniałby nasz Układ Słoneczny i nie zaszłaby ewolucja biologiczna. Ostatnie odkrycia – takie jak malejąca entropia informacyjna w procesie ewolucji genów, ukierunkowanie mutacji i możliwość ich wcześniejszej predykcji (algorytmy mutacji), różna prędkość ewolucji promotorów i ich genów, różna prędkość ewolucji genów w obrębie jednego genomu czy obliczany na 8 miliardów lat czas duplikacji białka D1, podstawowego białka rdzenia fotosystemu II (naukowe artefakty sugerujące powstanie fotosyntezy datowane są na 3,7 mld lat) – pokazują, że teoria Darwina jest fragmentaryczna, niespójna i wymaga rewizji. Teoria ta ma się tak do współczesnej wiedzy w naukach o życiu jak teoria Newtona do ogólnej i szczególnej teorii względności Einsteina. W teorii Newtona grawitacja jest definiowana jako wzajemne oddziaływanie ciał obdarzonych masą, a w teorii względności grawitacja definiowana jest jako funkcja zakrzywienia czasoprzestrzeni. Fundament darwinizmu stanowi losowość i brak celu procesu ewolucji, tymczasem ostatnie badania podważają te fundamenty, wskazując na algorytmowy wzór mutacji (ich predykcję), a w związku z tym i na cel, a to wymaga głębszego zastanowienia się i rewizji dogmatów neodarwinistów.

Taką zgodną z podejściem holistycznym alternatywną dla darwinizmu teorią jest teoria inteligentnego projektu. Koncepcja ta wskazuje na cel i precyzyjne dostrojenie praw fizyki, chemii i biologii. W tym tomie znajdziemy zarówno artykuły zwolenników teorii inteligentnego projektu, jak i krytyków tego ujęcia.

Simon Conway Morris w artykule Ewolucjonizm, podobnie jak każda inna teoria naukowa, formułuje przewidywania stwierdza, że zajmujący się szczegółowymi kwestiami – na przykład okrzemkami czy ssakami – darwinowscy ewolucjoniści nie mają sobie nawzajem zbyt wiele do powiedzenia. Autor opowiada się na rzecz innego podejścia, zgodnie z którym teorię ewolucji można traktować jako ogólną teorię mającą do zaoferowania coś więcej niż tylko tautologię (ewolucja wyjaśniana przez ewolucję). Twierdzi, że ewolucja jest zadziwiająco przewidywalna, a jej niezliczone produkty nie stanowią ani przypadku, ani szczęśliwego zbiegu okoliczności. Zachęca do odejścia od niekończącej się obsesji na punkcie mechanizmów darwinowskich, które są zupełnie bezsporne, na rzecz poszukiwań wyjaśnień dla wszechobecnej ewolucyjnej konwergencji, a także emergencji zintegrowanych systemów złożonych. Konstatuje, że teoria ewolucji Darwina zdaje się być podobna do dziewiętnastowiecznej fizyki, błogo nieświadomej rychłego nadejścia mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności. Fizyka miała swojego Newtona, a biologia swojego Darwina. Biologia ewolucyjna czeka teraz na swojego Einsteina.

Lindsay R. Craig w artykule Neodarwinizm i evo-devo. Argument na rzecz pluralizmu teoretycznego w biologii ewolucyjnej analizuje związki między tak zwanym neodarwinizmem a ewolucyjną biologią rozwoju (evo-devo). Na podstawie analizy terminologii i argumentów stosowanych w tej debacie przekonuje, że przeoczono alternatywną linię argumentacji. Stwierdza, że debata nad możliwością opracowania syntezy wiele by zyskała, gdyby zamiast syntezy poważnie wzięto pod uwagę pluralizm teoretyczny. Konkluduje, że trochę wiedzy przybliża człowieka do darwinizmu, ale wraz z jej wzrostem darwinizm staje się coraz mniej wiarygodny.

W artykule Biologia ewolucyjna dzisiaj – wezwanie do rozszerzonej syntezy Douglas J. Futuyma stwierdza, że teorię ewolucji od czasu sformułowania syntezy ewolucyjnej rozszerzano niemal nieustannie. Uczony uważa, że adaptacje powstają dzięki temu, że dobór naturalny – jedyny znany nam czynnik zwiększający dostosowanie organizmów – selekcjonuje zmienności genetyczne. Chociaż mutacje same w sobie nie są ukierunkowane adaptacyjnie, to główni autorzy syntezy ewolucyjnej podkreślają, że biochemia i rozwój, stanowiące materialne (strukturalne) podstawy ewolucji, wpływają na zmienność wariantów fenotypowych, które powstają drogą mutacji i rekombinacji. W tym kontekście autor analizuje główne tezy ruchu postulującego „rozszerzenie syntezy ewolucyjnej”. „Tworzenie nisz” to nowe określenie szerokiego wachlarza powszechnie znanych zjawisk z zakresu biologii ewolucyjnej. Futuyma konkluduje, że teoria ewolucji będzie podlegać dalszemu rozszerzaniu, ale nic nie wskazuje na to, że konieczne będzie jej odrzucenie.

Jednak Douglas J. Futuyma, pisząc ten artykuł, nie miał wiedzy, która została odkryta po 2017 roku, a w związku z tym jego stwierdzenie, „że nic nie wskazuje na to, że konieczne będzie odrzucenie teorii Darwina”, jest już trochę nieaktualne.

Autorem kolejnego tekstu – Powstawanie informacji biologicznej a wyższe kategorie taksonomiczne – jest Stephen C. Meyer. Zwraca on uwagę na tom opublikowany w serii „Vienna Series in Theoretical Biology”, gdzie  Gerd B. Müller i Stuart Newman argumentują, że to, co określają mianem „powstawania form organizmalnych”, pozostaje problemem nierozwiązanym. Wysuwając to twierdzenie, Müller i Newman odróżniają dwa odrębne zagadnienia: (1) przyczyny tworzenia formy w przypadku indywidualnego organizmu w trakcie rozwoju zarodkowego oraz (2) przyczyny odpowiadające za uprzednie powstanie nowych form organizmalnych w trakcie historii życia na Ziemi. W celu odróżnienia tego drugiego przypadku (filogenezy) od pierwszego (ontogenezy) Müller i Newman używają terminu „powstawanie” (origination) na oznaczenie procesów przyczynowych, dzięki którym formy biologiczne powstały po raz pierwszy w toku ewolucji życia. Podkreślają oni, że „mechanizmów molekularnych tworzących formy biologiczne współcześnie istniejących zarodków nie należy mylić” z przyczynami odpowiadającymi za „powstawanie” nowych form biologicznych w trakcie historii życia, które to nie są zidentyfikowane. Wzorując się na Darwinie, zauważają oni, że źródła nowych form i struktur muszą poprzedzać działanie doboru naturalnego, czyli że dobór musi oddziaływać na to, co już istnieje. Jednocześnie podkreślają jednak, że neodarwinizm nie dysponuje żadną „teorią tworzenia”.

Denis Noble w Iluzji nowoczesnej syntezy analizuje język i definicje używane przez naukowców w ramach nowoczesnej syntezy. Nowoczesna synteza od ponad osiemdziesięciu lat dominuje w biologii. Została zaproponowana w 1942 roku. W tym czasie Barbara McClintock opisała odkrycie transpozonów w zjawisku transpozycji genów w genomie kukurydzy, zjawisko rekombinacji genetycznej, wyjaśniła funkcję i rolę centromerów oraz telomerów. Uczyniła to na wiele lat przed najważniejszymi odkryciami biologii molekularnej, takimi jak podwójna helisa DNA czy centralny dogmat. Początkowo uważano, że geny są niepodzielne i mają stałe miejsca w genomach (na chromosomach). Dlatego zaproponowane przez Barbarę McClintock wyjaśnienie nawiązujące do ruchomych elementów DNA, które przerywały gen, było długo przedmiotem niedowierzań i drwin kolegów, którzy tworzyli nowoczesną syntezę i jej pojęcia. Dopiero w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy wykazano empirycznie, że transpozony istnieją i rzeczywiście przemieszczają się w genomie, Barbara McClintock otrzymała w 1983 roku Nagrodę Nobla za odkrycie transpozycji genów. Artykuł Noble’a zwiera analizę języka używanego w ramach nowoczesnej syntezy i pokazuje, że język ten opiera się na czterech błędnych interpretacjach twierdzeń biologii molekularnej, tworząc tym samym podstawę dla czterech iluzji: 1. doboru naturalnego; 2. bariery Weismanna; 3. odrzucenia darwinowskiej koncepcji gemmuli; 4. centralnego dogmatu. Według Noble’a współczesna biologia molekularna nie potwierdza założeń, które legły u podstaw nowoczesnej syntezy.

Omawiana przez Steinara Thorvaldsena i Olę Hössjera teoria precyzyjnego dostrojenia powstała na skutek nowej interpretacji procesów fizycznych i chemicznych względem stałych fizycznych, które to procesy umożliwiają powstanie przyrody ożywionej z nieożywionej, czyli w konsekwencji prowadzą do powstania biologii. Na przykład stała struktury subtelnej alfa to kombinacja trzech fundamentalnych stałych przyrody: stałej Plancka (h), prędkości światła (c) i ładunku elektronu (e). Stała określa relatywistyczne (c) i kwantowe (h) własności oddziaływań cząstek naładowanych elektrycznie (e) w próżni. Gdyby ta stała miała wartość 0,0072973525687, a nie 0,0072973525686, to życie oparte na węglu, tlenie, azocie, fosforze i wodorze prawdopodobnie nie mogłoby powstać. Problem ten nie jest poruszany przez neodarwinowskich ewolucjonistów bądź jest dla nich nieznany. Praca Thorvaldsena i Hössjera wskazuje, że zastosowanie metod statystycznych do tworzenia modeli układów molekularnych maszyn komórkowych ujawnia precyzyjne dostrojenie na różnych poziomach organizacji – na przykład na poziomie funkcjonalnych białek czy złożonych komórkowych procesów biochemicznych bądź dostrojeniu tych procesów w sieciach komórkowych organów i narządów. W artykule rozpatruje się kwestię precyzyjnego dostrojenia na poziomie molekularnym, możliwego sposobu zastosowania idei precyzyjnego dostrojenia w biologii, a także trudności, jakie ta idea niesie dla neodarwinizmu. Neodarwiniści nie biorą pod uwagę faktu, że nie ma takiego pojęcia jak genom referencyjny dla danego gatunku, bo genomy są plastyczne i precyzyjne dostrojenie epigenetyczne, przez aranżacje chromosomalne i różnicowe procesowanie ekspresji tego samego genu w różnych komórkach, umożliwia powstanie różniących się, lecz precyzyjnie dostrojonych białek z jednego i tego samego genu.

Prawa, stałe fizyczne i warunki początkowe Wszechświata określają bieg przyrody. Ostatnimi laty odkryto, że te białka tworzące komórkowe maszyny (układy) molekularne tak funkcjonują, jakby zostały precyzyjnie dostrojone. Funkcjonalne białka, maszyny molekularne i sieci komórkowe są zarówno mało prawdopodobne, jako wyniki modeli stochastycznych przy odpowiednim dla nich rozkładzie probabilistycznym (mają małą powszechność P(A)), jak i są zgodne z niezależnymi wzorcami specyfikacji (zbioru A zdefiniowanego w kategoriach specyficzności). Te wnioski są istotne i zostały wyprowadzone na podstawie kluczowych zjawisk badanych w ramach podstawowych dziedzin nauki. W fizyce i biologii molekularnej precyzyjne dostrojenie ujawnia się jako jednocząca zasada i synteza – co już samo w sobie stanowi interesującą obserwację.

Autorzy wykazują, że statystyczna analiza precyzyjnego dostrojenia jest użytecznym i spójnym narzędziem do tworzenia modeli dla niektórych kategorii stosowanych w ramach teorii inteligentnego projektu: „nieredukowalna złożoność” (Michael Behe) i „wyspecyfikowana złożoność” (William Dembski). Jednak matematyczne właściwości takiego modelu zależą od analizowanego zbioru danych. Główny wniosek płynący z ich pracy dotyczy tego, że precyzyjne dostrojenie nie występuje tylko w fizyce czy chemii, lecz także w biologii. Autorzy konkludują, że biologowie potrzebują nowych i bogatszych zasobów pojęciowych niż te, które były do tej pory niezbędne w naukach o życiu, ponieważ zajmują się złożonymi strukturami, u podstaw których leży informacja niepowstała na skutek mechanizmów przyrodniczych (inteligentny projekt). Filozofowie i naukowcy mają jeszcze ogrom pracy przed sobą, zanim uda im się uczynić z roboczej hipotezy precyzyjnego dostrojenia trwałą i w pełni testowalną koncepcję naukową, której potwierdzenie będzie przemawiało na rzecz teorii inteligentnego projektu.

Artykuły przedstawione w tym tomie dotyczą szeroko pojmowanego ewolucjonizmu. W potocznym rozumieniu ewolucjonizm sprowadza się do tego, co mówili Karol Darwin i jego następcy, których dzisiaj określa się mianem neodarwinistów. Jednakże współcześni uczeni dobrze zdają sobie sprawę, że ewolucjonizm to szeroki zbiór poglądów, twierdzeń i mniej lub bardziej szczegółowych teorii. Uczeni coraz częściej zwracają uwagę, że neodarwinizm nie znajduje już oparcia w dostępnych danych empirycznych, dlatego wskazuje się na wyjaśnienia proponowane między innymi w ramach ewolucyjnej biologii rozwoju, rozszerzonej syntezy ewolucyjnej czy teorii inteligentnego projektu zastosowanej do struktur biologicznych.

Czytelnik tomu O pochodzeniu. Ujęcie naukowe będzie miał prawdziwą ucztę intelektualną, a horyzonty jego wiedzy o pochodzeniu życia na Ziemi na pewno się poszerzą. Życzę pasjonującej lektury.

Stanisław Karpiński

Źródło: S. Karpiński, Wstęp, w: O pochodzeniu. Ujęcie naukowe, t. 3, red. G. Malec, tłum. A. Boruszewska, D. Sagan, A. Trybus, W. Kokot, Fundacja En Arche, Warszawa 2024, s. 7-13.

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 23.8.2024