Kwantowa ewolucja. Już sami ewolucjoniści zaczynają mówić, że życie pochodzi spoza tego świata...

Recenzja: Johnjoe McFadden, Quantum Evolution, W.W. Norton & Company, 2001.

Quantum Evolution

Autor (43 lata, urodzony w Irlandii) wykłada mikrobiologię molekularną na Uniwersytecie Surrey w Wielkiej Brytanii. Stopień doktora zdobył w Imperial College, University of London, i specjalizował się w chorobach zakaźnych, badając genetykę gruźlicy i zapalenia opon mózgowych. Prowadził wykłady w Wielkiej Brytanii, krajach europejskich, w Stanach Zjednoczonych i w Japonii.

Omawiana książka ma charakter popularny, ale przedstawia rewolucyjną teorię i odwołuje się do najnowszych idei naukowych. Znajdziemy w niej zupełnie nową teorię, próbującą wyjaśnić początek życia. Zdaniem McFaddena istotną sprawą w zrozumieniu, czym jest życie, jest uświadomienie sobie, że jego dynamika jest odmienna od dynamiki, rządzącej strukturami nieożywionymi.

U tych ostatnich dynamika, jaką widzimy, jest wytworem nieuporządkowanego ruchu miliardów cząstek; jest to pewien rodzaj uśrednionej dynamiki. Na poziomie makroskopowym widzimy ład i porządek, podczas gdy na poziomie molekularnym istnieje jedynie chaos.

Ale inaczej jest z życiem. Wewnątrz żywych komórek istnieje porządek aż do poziomu pewnej cząsteczki. Cząsteczka ta określa charakter każdego organizmu, jaki żyje lub jaki kiedykolwiek żył: jest to DNA. Dynamika żywego organizmu nie jest produktem chaosu, jest ona wytworem uporządkowanych działań, kierowanych przez tego molekularnego zarządcę: DNA.

Ta osobliwa dynamika powoduje, że życie staje się domeną, którą może badać mechanika kwantowa, najdziwniejsza z dziedzin nauki. Wiele osób obeznanych jest z twierdzeniami Einsteinowskiej teorii względności — z zakrzywieniem czasu i przestrzeni — ale niewielu wie, że przyczynił się on także do tryumfu innego działu XX-wiecznej fizyki — mechaniki kwantowej. A jest ona tak dziwna, że nawet Einstein nie potrafił zaakceptować jej wniosków.

W mechanice kwantowej jeśli coś się może wydarzyć, to się wydarza. Kiedy elektron lub proton znajdzie się na rozdrożu, gdzie może podróżować na prawo lub na lewo, to wybierze obie drogi. W układach kwantowych elementarne cząstki istnieją jako widmowe "superpozycje", w których mogą znajdować się w miliardzie różnych miejscach na raz czyli w miliardzie różnych stanów jednocześnie.

Fizycy opisują sytuacje kwantowe, ale nie potrafią ich sobie wyobrazić, gdyż nasza wyobraźnia ukształtowała się w obszarze średnich wielkości spotykanych we Wszechświecie. Istnieją też wśród fizyków różnice zdań na temat tego, o czym mówi mechanika kwantowa. Niektórzy twierdzą, jak filozof Berkeley blisko 300 lat temu, że to obserwacje świadomej istoty, człowieka, czynią świat czymś "realnym". Inni są zdania, że sygnały podróżują wstecz w czasie, by powiązać każdą cząstkę z Wszechświatem.

Dzisiaj jedną z najbardziej popularnych interpretacji i to taką, która ma poparcie fizyków, będących laureatami nagrody Nobla, jest idea, że istnieje wieloświat (w języku angielskim istnieje gra słów, której nie ma w języku polskim: mówi się nie universe-Wszechświat, ale multiverse-wieloświat). W wieloświecie wszystko, co się może wydarzyć, naprawdę się zdarza, tyle że w równoległych wszechświatach. Chociaż nasza świadomość zamieszkuje tylko jedno odgałęzienie wieloświata — nasz własny Wszechświat — cząstki elementarne zamieszkują cały wieloświat. Właśnie ta cecha pozwala im zajmować wiele miejsc lub stanów jednocześnie. Każde miejsce lub stan znajduje się w innym równoległym Wszechświecie.

Mechanika kwantowa rządzi dynamiką elektronów, protonów i innych cząstek elementarnych. Zaskoczeniem dla wielu uczonych było to, że rządzi ona większymi układami. Ostatnio niemieccy uczeni wykazali, że pojedyncza cząsteczka fulerena, składająca się ze sfery 60 atomów węgla, może znajdować się w dwu miejscach jednocześnie. Tylko nieliczni fizycy wątpią w to, że w miarę rozwoju technologicznego okaże się, że większe i bardziej złożone układy zamieszkują świat kwantowy. Cząsteczki fulerena mają średnicę porównywalną ze średnicą podwójnej helisy DNA. Jeśli fulereny mogą wkraczać do kwantowego wieloświata, to DNA potrafi także zrobić to samo.

Jeśli kod genetyczny może zamieszkiwać kwantowy wieloświat, prowadzi to do zaskakujących wniosków. Jak wiadomo, wedle ewolucjonizmu siłą napędową ewolucji są mutacje. Dostarczają one zmienności, spośród których dobór naturalny wybiera, tworząc drogi ewolucyjne.

Zawsze zakładano, że mutacje są przypadkowe. Ale mutacje są wywoływane przez ruch w podwójnej helisie cząstek elementarnych, elektronów i protonów — cząstek, które mogą wkraczać do kwantowego wieloświata. Jeśli tak, to wg McFaddena DNA może wślizgiwać się do kwantowego wieloświata i jednocześnie podlegać wielokrotnym mutacjom.

Ale co powoduje, że DNA opuszcza kwantowy świat? Fizycy zgadzają się, że układy wkraczają do stanów kwantowych, kiedy stają się izolowane od swego środowiska, a wychodzą z wieloświata, kiedy wymieniają znaczne ilości energii ze środowiskiem. To oddziaływanie nazywa się "pomiarem kwantowym".

Komórki wkraczają do stanów kwantowych, kiedy są niezdolne do podziału i replikacji, kiedy stają się izolowane — być może kiedy nie potrafią zużyć konkretnego pożywienia w środowisku. Mogą zaś wypadać z wieloświata, kiedy w ich superpozycyjnym DNA występuje mutacja, która pozwala mutantowi rosnąć i zreplikować się. Z naszego punktu widzenia, mieszkańców tylko jednego Wszechświata, wygląda to tak, jakby komórka "wybierała" sobie pewne mutacje.

To, że komórki mogą być zdolne do wyboru korzystnych mutacji, jest dla darwinowskiego dogmatu herezją. Jest to nawrót do istotnej cechy lamarkizmu, który był teorią zmienności ukierunkowanej. Według lamarkizmu zmienność genetyczna już w momencie powstania ukierunkowana jest na przystosowanie. ^[1] Ideę tę darwiniści odrzucali, gdyż miała dla nich charakter tajemniczy, mistyczny — skąd organizm miał "wiedzieć", która mutacja będzie dla niego korzystna? McFadden twierdzi jednak, że eksperymenty wykonane na bakteriach pokazały, że w pewnych okolicznościach tak właśnie jest. Wyniki tych eksperymentów z oczywistych względów stanowią rzeczywiste zagrożenie dla darwinowskiej teorii ewolucji, uznawane są więc za kontrowersyjne. Wedle McFaddena być może nie są kontrowersyjne, a odpowiedzią może być ewolucja kwantowa.

Kwantowa ewolucja może także wyjaśnić największą zagadkę biologii — jak powstało życie. Większość biologów próbuje zrozumieć to zdarzenie przy pomocy konwencjonalnej chemii, odwołującej się do przypadkowego chaotycznego ruchu miliardów cząstek. Ale zdaniem McFaddena nawet najprostsze żywe komórki są nadzwyczaj złożone, zbyt złożone, by powstać przez sam przypadek. (Jak łatwo ewolucjonista akceptuje podstawowe twierdzenie kreacjonisty, jeśli wydaje mu się, że znalazł zadowalające, tj. niekreacjonistyczne, rozwiązanie!) Astronom, Fred Hoyle, opisał prawdopodobieństwo przypadkowego utworzenia życia jako równoważne szansie, by tornado przechodzące przez złomowisko mogło złożyć Boeinga 747. Świat po prostu nie jest wystarczająco duży, by wyewoluowało w nim życie oparte jedynie na przypadku. Ale jeśli najwcześniejsze wydarzenia zmierzające do utworzenia życia nie miały miejsca w konwencjonalnym Wszechświecie, tylko w kwantowym wieloświecie, to znikają zastrzeżenia. Każda mała pierwotna sadzawka mogła wygenerować życie, jeśli jej składniki mogły wślizgiwać się do kwantowego wieloświata. Życie w pewnym sensie pochodzi więc z "zaświatów", ale nie są to zaświaty kreacjonisty.

Propozycja, że DNA lub komórki wybierają swoją przyszłość, może wydawać się nonsensowne — uważa McFadden — ale z pewnością taką nie jest, gdyż nie ma on na myśli żadnego świadomego wyboru (oczywiście! skąd taki pomysł?).

Jeśli chodzi o świadomy wybór czy wolną wolę, to nawet klasyczna fizyka ma z tym problem. Według mechaniki newtonowskiej przyszłe wydarzenia są całkowicie zdeterminowane przez to, co się zdarzyło wcześniej. Możemy wierzyć, że podejmujemy suwerenne decyzje, ale klasyczna deterministyczna fizyka mówi nam, że zwodzimy samych siebie. Nasza przyszłość i wszystkie czyny są zdeterminowane przez ciąg poprzednich wydarzeń, wywodzących się ostatecznie z Wielkiego Wybuchu.

Mechanika kwantowa pozwala oddalić tę ponurą perspektywę. Układy mechaniki kwantowej nie są całkowicie deterministyczne; wzajemne oddziaływania wpływają na ich ewolucję. W naszym mózgu ta sama kwantowomechaniczna dynamika, która powoduje mutacje, może być odpowiedzialna za to, co nazywamy "świadomym wyborem". Mutacje i nasza wolna wola są na pewno bardzo różnymi zjawiskami, ale mogą wypływać z tego samego kwantowomechanicznego źródła.

McFadden argumentuje, że na najbardziej podstawowym poziomie życie jest zjawiskiem kwantowym, a istnienie możemy zawdzięczać ewolucji kwantowej. Książkę Quantum Evolution można postrzegać jako najnowszy wyraz kryzysu klasycznego ewolucjonizmu. Po 150 latach powtarzania, że życie wyłoniło się z chaosu, że powstało wskutek przypadku i rozwija się dzięki przypadkowym mutacjom, twierdzenia te nie wydają się bardziej wiarygodne niż w czasach Darwina. Gorzej, odkrywana złożoność i niezwykłe uporządkowanie procesów wewnątrzkomórkowych oraz niezwykle małe wyliczane prawdopodobieństwa przypadkowego powstawania elementarnych struktur biologicznych uczyniły fundament światopoglądu darwinowskiego coraz trudniejszym do akceptacji. Ostatnio coraz częściej mówi się, że skoro życie miało niewielkie szanse, by powstać na Ziemi, to może pochodzi z Kosmosu? ^[2] Pomysł z kwantową ewolucją, odwołującą się do nieempirycznej koncepcji wieloświata, niezależnie od jej merytorycznej wartości (o tej rozstrzygnie czas), jest jeszcze bardziej radykalnym zerwaniem z tradycyjnym sposobem myślenia. Jest też kolejnym świadectwem powolnego załamywania się klasycznego ewolucjonizmu.

Mieczysław  Pajewski

Przypisy

^[1] Por. w tej sprawie Stephen Jay Gould, Cienie Lamarcka, w: tenże, Niewczesny pogrzeb Darwina. Wybór esejów, Biblioteka Myśli Współczesnej, PIW, Warszawa 1991, s. 153-154 [150-159].

^[2] Por. np. Emma L.O. Bakes, The Astrochemical Evolution of the Interstellar Medium, Twin Press Astronomy Publishers; Paul. J. Thomas, Christopher F. Chyba and Christopher P. McKay (eds.), Comets and the Origin and Evolution of Life, Springer 1997; John Cronin, Pasteur, Light and Life, Physics World, 1998, vol. 11, nr 10, s. 23-24 (za: Max P. Bernstein, Scott A. Sandford i Louis J. Allamandola, Pozaziemskie cząsteczki życia, Świat Nauki 1999 nr 9 (97), s. 50-58).

Źródło: Na Początku..., marzec-kwiecień 2000, nr 3-4 (127-128), s. 82-87.