Nieredukowalna złożoność

Z Wikipedii

W każdej komórce bez przerwy zachodzą ciągi reakcji chemicznych, które utrzymują ją przy życiu. Zgodnie z założeniami koncepcji nieredukowalnej złożoności tak skomplikowany system nie mógł powstać poprzez ciąg drobnych zmian przewidywanych w teorii ewolucji niezbędne jest stałe przeprowadzenie ciągów reakcji chemicznych (na schemacie przedstawiono przebieg fermentacji mlekowej w mięśniach)

Nieredukowalna złożoność – kontrowersyjna idea spopularyzowana przez Michaela Behe oraz innych propagatorów (w Polsce np. ks. prof. P. Lenartowicz SJ) inteligentnego projektu, zgodnie z którą pewne złożone systemy biologiczne nie mogą powstać przez stopniową adaptację organizmów w procesie ewolucji.

[edytuj] Nieredukowalna złożoność

[edytuj] Początki

Pierwszy raz pomysł nieredukowalnych systemów został zaproponowany w roku 1952 przez biologa austriackiego - Ludwiga Bertalanffy,^[1] który wierzył, że złożony system może być rozpatrywany włącznie jako całość, bo tylko w ten sposób można w pełni pojąć jego działanie. Po opublikowaniu na początku lat 50. przez Watsona i Cricka opisu struktury DNA idee Bertalanffy'ego przestały mieć jakiekolwiek znaczenie w biologii. Wyraźnie zatriumfowało myślenie, w którym organizmy żywe postrzegano jako bardzo złożone maszyny zdolne do nieustannego powielania swojego materiału genetycznego. Teoria systemów znacznie silniej zakorzeniła się w naukach społecznych niż w ścisłych.

[edytuj] Czarna skrzynka Darwina

Behe w wydanej w roku 1996 książce Czarna skrzynka Darwina (ang. Darwin's Black Box; wkrótce ukaże się jej polskie wydanie) ożywił idee podobne do tych propagowanych przez Bertalanffy'ego. Twierdził, że pomysł zaczerpnął od filozofa Williama Paleya, a bezpośrednio do użycia koncepcji nieredukowalnej złożoności do systemów biochemicznych zainspirowała go książka biologa molekularnego Michaela Dentona Ewolucja: Teoria w kryzysie (ang. Evolution: A Theory in Crisis 1986). Podobnych argumentów z nieprawdopodobieństwa powstania złożonych i funkcjonalnych struktur biologicznych, np. żywej komórki, używali od dawna kreacjoniści.^[2][3] Zdaniem Behego, niektóre kaskady reakcji chemicznych niezbędne do metabolizmu istot żywych odznaczają się nieredukowalną złożonością. Według Behego komórka to:

System złożony z przynajmniej kilku oddziałujących ze sobą części, które to części mają wkład w podstawową funkcję tego systemu, i gdzie usunięcie którejkolwiek z tych części spowoduje, że system przestanie spełniać swoją funkcję.

Zdaniem Behego całość różnorodności biologicznej nie mogła powstać poprzez "przesiewający przypadkowe mutacje gradualistyczny proces doboru naturalnego" i wymagała inteligentnej interwencji, co jest zgodne z koncepcją inteligentnego projektu.

Zgodnie z rozumowaniem Behego nowoczesna biochemia odkryła "niespodziewaną złożoność leżącą u podstaw życia", a komórka zawiera wiele nieredukowalnie złożonych systemów. Behe podał jako przykłady reakcje metaboliczne w organellach E. coli, wić bakteryjną, kaskadę białek powodujących krzepnięcie krwi oraz system immunologiczny.

[edytuj] Przykład pułapki na myszy

Pułapka na myszy według Behe nie może powstać w procesie powolnych przemian. Brak jakiejkolwiek części spowoduje, że pułapka nie złapie małego gryzonia

Jako ilustrację systemu nieredukowalnie złożonego podaje Behe pułapkę na myszy. Składa się ona z kilku części: podstawki, kowadełka, sprężyny, drążka i języczka. Brak jakiegokolwiek elementu powoduje utratę funkcjonalności i bezużyteczność pułapki. Taki system według niego nie może powstać na drodze stopniowych kroków, bo zgodnie z jego zdaniem każdy ewentualny system pośredni nie spełniałby swojej funkcji łapania myszy. Zdaniem Behego nie można też stwierdzić, że każdy element pełnił inną funkcję, a po złożeniu wszystkich części powstała pułapka, gdyż w jego opinii wymagałoby to wzajemnego dopasowania elementów, tak by mogły ze sobą współdziałać.

[edytuj] Odpowiedź na krytykę

W roku 2001 sam Behe przyznał, że jego pomysł ma pewne wady i nie do końca poprawnie odnosi się do niektórych zjawisk związanych z doborem naturalnym^[4].

Jednak według niego ewolucyjne wyjaśnienia nieredukowalnej złożoności są niewystarczające. Koncepcja duplikacji genu może co najwyżej wyjaśnić pochodzenie białek należących do nieredukowalnie złożonego systemu, ale nie tłumaczy mechanizmu powstania takiego systemu:

Duplikacja genu nie jest wyjaśnieniem darwinowskim, gdyż wskazuje jedynie na wspólne pochodzenie, nie zaś na mechanizm ewolucji. ^[5]

Zaś samoistna samoorganizacja pewnych systemów chemicznych (np. reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego) według Behego nie spełnia jego kryterium nieredukowalnej złożoności gdyż składniki tego układu – choć liczne – nie są do siebie precyzyjnie dopasowane jak w systemach biochemicznych, zatem nie mogą stanowić wyjaśnienia dla ich genezy.

Według zwolenników nieredukowalnej złożoności niepoprawna jest także analogia z łukiem rzymskim, według której nieredukowalny układ mógł powstać stopniowo przy pomocy rusztowania. Łuk rzymski zaczyna bowiem pełnić swoją rolę dopiero po zakończeniu budowy zaś system nieredukowalnie złożony jeszcze przed usunięciem nadmiarowych składników musi już posiadać rdzeń, który jest konieczny do spełniania jego podstawowej funkcji.

[edytuj] Krytyka

[edytuj] Dowody biologiczne

Hipoteza Behego została przez wielu ewolucjonistów uznana za błędną, ponieważ ich zdaniem nie jest spełniona jej przesłanka – istnieją udokumentowane przykłady powstania złożonych systemów w procesie ewolucji. Jeszcze zanim Behe opublikował swój argument, znany był ewolucyjny scenariusz powstania kaskady proteolitycznej w procesie krzepnięcia krwi w wyniku duplikacji genów. Behe podaje ją jako jeden z przykładów nieredukowalnej złożoności.

Duplikacja jest rodzajem mutacji, gdzie przykładowy gen ulega podwojeniu, w ten sposób organizm ma dwie funkcjonalne kopie. Jedna z nich zostaje uwolniona od presji doboru na zachowanie funkcji i może przekształcić się w gen o innej funkcji. Duplikację, jako mechanizm powstawania nowych genów, zaproponował Susumu Ohno w 1970 r. Rolę duplikacji w ewolucji systemów nieredukowalnych można przyrównać do roli rusztowania w budowie łuku romańskiego. Usunięcie jakiejkolwiek cegły z łuku powoduje jego załamanie się. Jednak stopniowa budowa łuku jest możliwa przez dodawanie poszczególnych cegieł, jeśli podeprze się je rusztowaniem, a po ukończeniu budowy rusztowanie usunie.

[edytuj] Wić bakteryjna

Narząd wzroku bywa podawany jako przykład nieredukowalnej złożoności. Człowiek pozbawiony choć jednego elementu oka prawie nic nie widzi. Schemat przedstawia narządy wzroku strunowców od najprostszych do najbardziej złożonych. Według biologów tak mogła wyglądać ewolucja oka człowieka. Początkowo w naskórku pojawiła się plamka światłoczuła, która pozwalała prymitywnemu strunowcowi pełznąć w kierunku światła. Potem losowa mutacja doprowadziła do powstania wgłębienia, które zwiększyło dokładność w określaniu kierunku źródła światła. W kolejnym etapie naskórek przesłonił prawie całe światło pozostawiając tylko mały otwór. W ten sposób wykształciła się camera obscura. Taki narząd wzroku pozwalał na dostrzeganie zarysów obiektów, ale ich ostrość była bardzo słaba. Wykształcenie prymitywnej soczewki o kulistym kształcie pozwoliło na poprawienie ostrości, ale organizm mógł widzieć dobrze tylko z bliska. W ostatnim etapie soczewka stała się płaska, a wokół rozwinęły się mięśnie pozwalające na akomodację oka. W ten sposób powstało oko człowieka, które pozwala na postrzeganie ostrych obrazów w znacznym zakresie odległości. Na każdym z kolejnych etapów posiadacz tylko trochę lepszego oka mógł wcześniej zobaczyć drapieżnika lub łatwiej dostrzec swoją kolejną ofiarę. W ten sposób dobór naturalny wśród wielu przypadkowych zmian w narządach wzroku prowadził do rozpowszechniania się tych, służących usprawnieniu tego organu.

Podobnie wić bakteryjna, którą Behe wskazywał jako ewidentny przykład systemu nieredukowalnie złożonego, szybko okazała się składać z modułów mających samodzielne znaczenie funkcjonalne (np. "silnik" wici okazał się tożsamy z pompą używaną przez bakterie chorobotwórcze do wstrzykiwania toksyn), poszczególne białka samej wici (flagelliny) są produktami zduplikowanych genów, a wiele innych elementów kompleksu wici ma odpowiedniki pełniące inne funkcje. Ponadto wykazano, że - zgodnie z przewidywaniami neodarwinizmu - występuje duża zmienność wici pomiędzy różnymi gatunkami bakterii (a zatem można zmieniać poszczególne elementy) oraz przykłady "narządów szczątkowych" wśród tych organelli. Okazało się też, że archebakterie mają wici podobne funkcjonalnie, jednak wyewoluowały niezależnie ^[6].

Zazwyczaj złożone struktury powstają dzięki kooptacji (przysposobieniu) istniejących, już złożonych, struktur (skrzydło powstające u owadów z narządów wymiany gazowej, u kręgowców z kończyn przednich), powielaniu modułów (przykładem jest duplikacja genu; szczególnym przypadkiem są duplikacje genów Hox, mogące powodować zwielokrotnienie danej struktury anatomicznej u zarodka) i innym procesów rozpoznanych przez biologię ewolucyjną.

[edytuj] Sztuczne życie

Zobacz więcej w osobnym artykule: Sztuczne życie.

Przykłady spontanicznej ewolucji systemów nieredukowalnych pochodzą również z badań nad sztucznym życiem. Richard Lenski udokumentował powstanie nieredukowalnie złożonych programów komputerowych w wyniku symulacji ewolucji w programie Avida^[7][8].

Ewoluowalność układów nieredukowalnych była dyskutowana wielokrotnie przed Behem, np. przez J.Maynarda-Smitha, i jest obecnie w środowisku naukowym uważana za trywialną. Mimo to jest nadal podnoszona przez zwolenników teorii inteligentnego projektu jako argument przemawiający za jej prawdziwością.

Podczas procesu w Dover w 2005 r. Behe zeznał pod przysięgą, że jego własne symulacje numeryczne doboru naturalnego (i to mimo celowego dobrania skrajnie niesprzyjających parametrów) dowodzą, że utrwalenie się w populacji bakterii złożonej struktury, wymagającej do swego powstania wielu niezależnych mutacji, nastąpiłoby w ciągu zaledwie 20 000 lat (podczas gdy np. na ewolucję wici bakterie miały co najmniej miliard lat).

[edytuj] Pozorny paradoks pułapki

Według J.H. McDonalda można nawet wyobrazić sobie ewolucję pułapki na myszy^[9] - choć w tym przypadku oczywiście zademonstrowano tylko potencjalne stadia pośrednie, z których każde byłoby funkcjonalniejsze (lepiej dostosowane) od poprzedniego, mniej złożonego. Naturalnie, pułapki na myszy, w odróżnieniu od istot żywych, nie rozmnażają się (ale gdyby mutowały i rozmnażały się, a sukces rozrodczy zależał od liczby upolowanych myszy, dobór naturalny mógłby doprowadzić do wyewoluowania złożonej i skutecznej pułapki).

Przykład ten ilustruje też fundamentalny problem z odwoływaniem się do martwych urządzeń jako przykładu umożliwiającego rozpoznawanie inteligentnych wytworów - wiemy, że pułapki na myszy nie składają się same i nie rozmnażają się, a więc nie ewoluują bez pomocy człowieka, dlatego znajdując pułapkę (albo zegarek) musimy założyć, że taki złożony mechanizm został przez kogoś wykonany. Natomiast wiemy też, że np. bakterii nikt nie wytwarza świadomie, tylko same rozmnażają się i mutują, a więc mogą ewoluować. Analogia z maszynami wykonanymi przez człowieka jest więc chybiona w kluczowym punkcie.

[edytuj] Bibliografia

1. ↑ Bertalanffy L.. Problems of Life: An Evaluation of Modern Biological and Scientific Thought, pg 148, 1952, ISBN 1-131-79242-4
2. ↑ Henry Morris (Scientific Creationism 1974)
3. ↑ Thaxton, Bradley i Olsen (The Mystery of Life's Origin 1984)
4. ↑ Behe, M.J., Reply to My Critics: A Response to Reviews of Darwin's Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution, Biology and Philosophy, Volume 16, Number 5, listopad 2001, pp. 683-707(25), Springer (streszczenie)
5. ↑ Michael J. BEHE, „In Defense of Irreducible Complexity of the Blood Clotting Cascade: Response to Russell Doolittle, Ken Miller and Keith Robison”, Discovery Institute
6. ↑ Pallen M.J., Matzke, N.J., From "The Origin of Spiecies" to the origin of bacterial flagella Nature Reviews Microbiology, AOP 5 września 2006 (PDF)
7. ↑ Strona poświęcona projektowi Avida
8. ↑ Lenski et al., The evolutionary origin of complex features, 2003, Nature 423, 139-144 (płatny dostęp w nature.com)
9. ↑ McDonald J.H., A reducibly complex mousetrap 24 marca 2002, (WWW)