Fałszywe przewidywania ewolucjonizmu (cz. 3) Proste początki

Wprowadzenie

Nie jest tajemnicą, że biologia pełna jest bardzo złożonych systemów. W istocie, im więcej wiemy o żywych układach, tym bardziej i bardziej okazują się być one złożone, nieporównywalnie bardziej przekraczające zaawansowaniem nasze wytwory technologii. Nawet najprostsze komórki bakteryjne odznaczają się niezwykłym poziomem złożoności, co potęguje się jeszcze na poziomie organizmów wielokomórkowych, u których znajdujemy złożone układy organów i struktur. Biologia pokazuje bardzo długą listę fenomenalnie złożonych projketów i – podobnie jak sam Darwin w przypadku oka – nie jest łatwo wyobrazić sobie, jak takie systemy mogły powstać w wyniku niekierowanej ewolucji.

Przewidywanie

Architektoniczna i funkcjonalna złożoność struktury oka wywoływała już ból głowy u Darwina. Koił go on przez stopniowe zestawienie bardziej złożonych projektów – od prostego do złożonego – i sugestię, że w ten sposób mogło wyewoluować oko. By to się stało, ewolucja musi zacząć od prostej struktury. Z niej, jak spekulował Darwin w przypadku oka, w wyniku stopniowego akumulowania się ulepszeń mogą powstać bardzo złożone systemy.

To ewolucyjne rozumienie historycznego procesu rozwoju od prostego do bardziej złożonego bardzo mocno wpłynęło na ewolucjonistów, jako, że wynika ono z samego rdzenia teorii ewolucji. Przyczyna jest oczywista: ewolucja od bakterii do człowieka wymaga olbrzymiego wzrostu biologicznej złożoności, czyli kumulowania się tejże złożoności. Istnieje wiele przykładów ewolucji w drugą stronę – utraty złożoności. Ryby jaskiniowe, żyjące w kompletnych ciemnościach i tracące oczy, bakterie nabywające oporność na antybiotyk kosztem wyłączenia pewnych funkcji metabolicznych, mutacje blokujące rozwój kolców u cierników, czy specjacja polegająca na podziale już istniejącej puli genów – to wszystko przykłady „ewolucji wstecznej”, gdzie oryginalna złożoność jest redukowana lub dzielona. Tyle, że to ewolucjnie ślepa uliczka – aby oryginalna złożoność uległa zredukowaniu, najpierw musi ona w ogóle powstać. Aby cos tracić, najpierw trzeba to zyskać. Zatem – zdaniem ewolucjonistów – musi jeszcze istnieć inna ewolucja, ewolucja generująca nowe struktury i nowe funkcje, generująca je w wyniku działania doboru naturalnego, działającego na losowe zmiany. To o tę formę ewolucji trwa spór, to ona wciąż pozostaje spekulatywnym postulatem. W istocie, im więcej wiemy o żywych systemach, tym mniej prawdopodobna ta teza wydaje się być.

W 10 rozdziale O powstawaniu gatunków Darwin próbował zestawić przewidywanie o złożoności ewoluującej z prostoty z nagłym pojawianiem się nowych grup organizmów w zapisie kopalnym, co było dokładnie sprzeczne z jego teorią. [1] Jednak, jak sądził Darwin, zapis kopalny jest beznadziejnie niekompletny. Starsze, prostsze organizmy będą wkrótce znajdowane w starszych warstwach.

Eozoön canadense był takim przykładem, do którego odwołał się Darwin. Kanadyjscy paleobiologowie ogłosili jego znalezienie w 1864 r. i Darwin w kolejnym wydaniu O powstawaniu gatunków wprowadził to znalezisko, jako przykład wczesnego prostego organizmu. Opisał on ten gatunek, jako należący do najniżej zorganizowanej (najprostszej) klasy zwierząt. [2]

Falsyfikacja

Problem z Eozoönem był taki, że był on tak prosty, że w ogóle nie było pewne, czy istotnie był to żywy organizm. Czy mogłaby to być li tylko mineralna formacja? Dla wielu naukowców taka obserwacja była oczywista, pomimo wściekłej reakcji na tę tezę wielu darwinistów. Eozoön świetnie wypełniał ich przewidywania “najpierw prostsze”, jednak ostatecznie darwiniści musieli się poddać. Ewolucja czy nie, Eozoön okazał się być mineralną formacją. [3]

Oczywiście sprawa Eozoöna nie podważyła zakorzenionego ewolucyjnego przewidywania o prostych początkach, choć ciągle zderza się ono z poważnymi niespodziankami. Przykładem jest Funisia dorothea, starożytny organism w kształcie cylindra. Funisia wykazuje te same strategie wzrostu i rozprzestrzeniania się, jak te obserwowane u współczesnych bezkręgowców. Jak zauważył jeden z badaczy Funisia jasno pokazuje “złożoność bardzo wczesnych eksosystemów w historii zwierząt na Ziemi”. Inny dodał, że „fundamentalne ekologiczne strategie istniały już w najwcześniejszych znanych zwierzęcych wspólnotach, jakieś 570 milionów lat temu”. [4]

"Ekologia kambryjskich wspólnot" – dodają inni naukowcy – "była znacząco nowoczesna". Ich praca sugeruje, że sieci łańcuchów pokarmowych w obrębie morskich gatunków, żyjących pół miliarda lat temu były zaskakująco podobne do współczesnych. [5]

Ta wczesna złożoność znajduje także odbicie w wynikach analizy genomów “niższych” organizmów. Jak zauważył jeden z badaczy, genomy wydawałoby się bardzo prostych organizmów zsekwencjonowane w ostatnich latach pokazują zaskakujący stopień złożoności. [6] W istocie, co jest regularnie znajdowane w zapisie kopalnym i w sekwencjach genów to zaskakująca złożoność tam, gdzie ewolucja spodziewa się prostoty. Jak przyznał jeden z ewolucjonistów: „Wierzy się powszechnie, że złożone organizmy wykształciły się z prostszych. Jednak analiza genomów i transkrypcji ich genów u różnych organizmów pokazuje, że – w zakresie genów kodujących białka – repertuar ukwiałów – raczej prostego, ewolucyjnie bazowego organizmu – jest prawie tak samo złożony jak człowieka”. [7]

Początkowa złożoność jest również widoczna w biochemii komórki. Przykładowo kinazy – enzymy, które regulują różne komórkowe funkcje poprzez przenoszenie grupy fosforanowej na docelową cząstkę – są szeroko rozpowszechnione wśród różnych gatunków eukariotycznych. Zgodnie więc z ewolucją, kinazy musiały istnieć bardzo wcześnie w historii życia, jednak rozpowszechnione podobieństwa pomiędzy nimi oznaczają, że pozostały one niezmienione poprzez miliardy lat. Te kompleksowe enzymy regulatorowe musiały być już obecne bardzo wcześnie w historii życia. [8] Podobna historia dotyczy histonów – białek pomagających organizować i upakowywać DNA. Gen, kodujący histon IV jest silnie konserwowany (tzn. prawie identyczny) w bardzo różnych gatunkach co implikuje, że – jeśli ewolucja ma być prawdziwa – pierwszy histon IV musiał być bardzo podobny do wersji, którą widzimy obecnie.

Jakiś czas temu wydawało się dla darwinistów oczywiste, że pierwsze eukarioty wyewoluowały z prostszych prokariotycznych komórek. Zaletą tej wizji było to, że ładnie pasowała ona do ewolucyjnej koncepcji od prostoty do złożoności. Wadą, że była ona fałszywa, jak to możesz przeczytać w poprzedniej części. Jak przyznał jeden z ewolucjonistów: „Genomika porównawcza potwierdziła lekcję paleontologii: Ewolucja nie przechodzi monotonnie od prostszego do bardziej złożonego”. [9]

Darwin słusznie podkreślił problem, jaki dla ewolucji stanowi oko. Martwił się on, że struktura ta była zbyt złożona, miał jednak nadzieję, że mogło ono wyewoluować poprzez serię prostszych form pośrednich. Faktem jest, że w naturze można zaobserwować oczy różnej budowy i o różnym stopniu złożoności, które można poustawiać w sekwencji od prostego do złożonego. Tyle, że sam ten fakt jeszcze o niczym nie świadczy, podobnie jak wytwory naszej technologii mogą być na tej samej zasadzie klasyfikowane od prostszych do bardziej złożonych. Co więcej, nawet „proste” typy oczu przy bliższym zbadaniu okazują się być fenomenalnie złożone.

Przykładowo oko ciemieniowe (tzw. trzecie oko), często opisywane przez darwinistów jako organ szczątkowy, jest niczym więcej, jak światłoczułym sensorem u niektórych gatunków. W istocie rzeczy jednak, narząd ten posiada dokładnie taką samą transdukcję sygnału wzrokowego, jak normalne, formujące obraz oko. Proces ten zaczyna się, gdy foton absorbowany jest przez światłoczułą molekułę chromoforu (11-cis-retinal) co zmienia jej konfigurację w trans-retinal. Zmiana kształtu cząsteczki retinalu powoduje zmianę kształtu białka membranowego, rodopsyny, do której ona ściśle przylega. Fotoizomeryzacja chromoforu jest początkiem zdumiewającej kaskady procesów, które w efekcie generują sygnał elektryczny w nerwie optycznym. W odpowiedzi na fotoizomerację chromoforu, rodopsyna aktywuje setki molekuł transducyny, a te z kolej powodują aktywację (poprzez usunięcie składających się na nią inhibitorów) fosfodiestrazy cGMP, enzymu, który z kolei hydrolizuje cGMP. Pojedynczy foton może aktywować setki cząstek transducyny, co prowadzi do hydrolizy setek tysięcy cząstek cGMP. Molekuły te służą do otwierania w błonie komórkowej kanałów przez które mogą przepływać jony sodu, a zatem redukcja stężenia cGMP prowadzi do zamknięcia tych kanałów. Oznacza to, że miliony jonów sodu na sekundę nie mogą dostać się do wnętrza komórki co powoduje powstanie bariery potencjałów po obu stronach błony komórkowej. Ta hiperpolaryzacja błony komórkowej światłoczułej komórki powoduje redukcję uwalniania neuroprzekaźnika – molekuły, która oddziałuje z sąsiednią komórką nerwową w jej synaptycznej częsci – co ostatecznie skutkuję zmianą potencjału w komórce nerwowej i powstaniem impulsu elektrycznego.

Cała ta kaskada wywoływana jest przez pojedynczy foton. W dużym skrócie, sygnał świetlny zamieniany jest na strukturalny, następnie na więcej sygnałów strukturalnych, te z kolei na sygnał koncentracji chemicznej, z powrotem na sygnał strukturalny, z powrotem na sygnał chemicznej koncentracji i dalej na sygnał strukturalny, który finalnie generuje sygnał elektryczny.

Co więcej, oko ciemieniowe zawiera dwa przeciwstawne mechanizmy przetwarzania sygnału świetlnego w jednej komórce. Światło niebieskie powoduje hiperpolaryzację, jak to opisano powyżej, natomiast światło zielone powoduje odpowiedź depolaryzacji. Jak to działa? Oko to posiada dwa rodzaje opsyn: jedną wrażliwą na światło niebieskie, drugą na zielone. Ta pierwsza aktywuje enzym fosfodiestrazy cGMP, druga blokuje jego działanie. Wygląda na to, że początkowo istnieją dwa osobne ścieżki przetwarzania sygnału, które łączą się w punkcie oddziaływania na fosfodiestrazę cGMP. [10]

Inne przykłady wczesnej złożoności to oko u dawno wymarłych trylobitów (prawdopodobnie najbardziej kompleksowe ze wszystkich dotąd poznanych) [11] czy proces fotosyntezy, gdzie zdolność kompleksów fotosyntetycznych do wychwytywania światła przez wykorzystanie efektów kwantowych i jego transferowania i magazynowania w postaci energii chemicznej do późniejszego wykorzystania jasno sugeruje poziom złożoności dalece przekraczający cokolwiek, co powstało na polu inżynierii fotochemicznej. [12]

Zaiste, wszystko to mało przypomina „proste początki” postulowane przez ewolucjonistów. Jak przyznał jeden z ewolucjonistów nie ma żadnego sekwencyjnego pojawiania się większych grup zwierząt „od prostszych do bardziej złożonych typów, jak to mogłoby być przewidziane przez klasyczny ewolucyjny model”. [13]

Reakcja

Klasyczny ewolucyjny model od prostoty do złożoności został zdegradowany jako już tylko opcjonalny. Zdumiewająco złożone systemy pojawiające się bardzo wcześnie w procesie ewolucji tłumaczone są zwykle działaniem wcześniejszych, szybkich (i nieznanych) ewolucyjnych procesów. Wyjaśnienia te są jednak bardzo problematyczne nawet dla niektórych darwinistów, którzy w ogóle porzucili zacną ewolucyjną ideę rozwoju od prostoty do złożoności. [14] Zamiast tego sugerują oni, że bardzo wcześnie w ewolucyjnej historii, prawie przy korzeniu uniwersalnego drzewa filogenetycznego, pojawił się mały organizm z uniwersalnym genomem, który – uwaga – kodował całą kluczową informację konieczną do procesów rozwojowych dla wszystkich zwierzęcych typów. Skąd pochodziła ta informacja, tego nie wie nikt. Innymi słowy, wszystkie istotne sekwencje DNA były obecne w tym hipotetycznym organizmie. Następnie rozdzielały się od niego nowe gatunki w zależności od tego, które geny były aktywowane, deaktywowane lub uszkadzane. [15] Ta zdumiewająca hipoteza stawia klasyczną ewolucje od prostoty do złożoności na głowie: najpierw była złożoność, która w toku późniejszej ewolucji ulegała aktywowaniu, dzieleniu i uproszczeniom.

Jasnym przewidywaniem teorii ewolucji było do niedawna powstawanie struktur bardziej złożonych z prostszych. To kolejne przewidywanie zostało przez kolejne odkrycia sfalsyfikowane. Darwiniści oczywiście adaptowali sprzeczne ze swoją teorią dane i na bieżąco modyfikują swoją teorię, aby wpasować ją w nowe schematy. Koszt tych zabiegów jest jednak spory: niepomiernie wzrastająca – na podobieństwo geocentryzmu - złożoność teorii ewolucji.

---------------------------------------------------

Przypisy:

1. Patrz przykładowo: Ostrowski, M. (2009) Teoria w zasadzie nieudowodniona. Polskie Towarzystwo Kreacjonistyczne.

2. Darwin, K. (1872) On the Origins of Species, 6th ed. Collier Macmillan: London, s. 332.

3. Adelman, J. (2007) “Eozoön: debunking the dawn animal”. Endeavour, vol. 31, s. 94-98.

4. Droser, M. L., Gehling, J. G. (2008) “Synchronous aggregate growth in an abundant new ediacaran tubular organism”. Science, vol. 319, s. 1660-1662; University of California – Riverside, (2008) Rethinking early evolution: Earth's earliest animal ecosystem was complex and included sexual reproduction. ScienceDaily 20 March 2008.

5. Dunne J.A., Williams R.J., Martinez N.D., Wood R.A., Erwin D.H. (2008) “Compilation and network analyses of Cambrian food webs”. PLoS Biol, vol. 6, no. 4, s. 102.

6. University of California – Berkeley, (2008) Genome of marine organism tells of humans’ unicellular ancestors. ScienceDaily 20 February 2008;
Yale University, (2008) Trichoplax genome sequenced: ‘Rosetta stone’ for understanding evolution. ScienceDaily 8 September 2008.

7. Technau, U. (2008) “Evolutionary biology: Small regulatory RNAs pitch in”. Nature, vol. 455, s. 1184-1185.

8. Diks, S. H., Parikh, K., van der Sijde, M., Joore, J., Ritsema, T. et al., (2007) “Evidence for a minimal eukaryotic phosphoproteome?”. PLoS ONE, vol. 2.

9. Kurland, C. G., Collins, L. J., Penny, D. (2006) “Genomics and the irreducible nature of eukaryote cells”. Science, vol. 312, s. 1011-1014.

10. Su, C. et al. (2006) “Parietal-Eye phototransduction components and their potential evolutionary implications.” Science, vol. 311, s. 1617-1621.

11. Levi-Setti, R. (1993) Trilobites, 2nd ed. University of Chicago Press: Chicago, s. 29-74.

12. Larkum, W.D., Steel, M.A., Waddel, P.J. and Penny, D. (1996) “Evolution of Chlorophyll and Bacteriochlorophyll: The Problem of Invariant Sites in Sequence Analysis”. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, vol. 93, no. 5, s. 1930-1934.

13. Sherman, M. (2007) “Universal genome in the origin of metazoa: Thoughts about evolution”. Cell Cycle, vol. 6, s. 1873-1877.

14. Odpowiedź na pytanie dlaczego w ogóle ewolucja miałaby preferować rozwój w kierunku większej złożoności nie jest bynajmniej jasna. Istnieją koszta stwania się bardziej złożonym. Bardziej złożony organizm musi replikować się we wszystkich istotnych aspektach. Im bardziej złożony on jest, tym większe koszta replikacji. Prostsze replikatory mają więc jasną przewagę na złożonymi: mają mniej do replikacji. Wiele spekulacji sugerowanych jest w celu wyjaśnienia tej sprzeczności, jak nieodwracalność niektórych zmian czy wzrost kompleksowości w wyniku „wyścigu zbrojeń” pomiędzy gatunkami. Tyle, że te racjonalizacje są całkowicie post hoc - w każdym przypadku przeciwne mogłoby się wydarzyć i wyjaśnienia te byłby tak samo prawdziwe. A zatem odwracalność zmian dawałaby selekcyjną przewagę, a „wyścigi zbrojeń” wygrywane są poprzez uproszczenia struktur i funkcji. W istocie, w darwinizmie nie ma czegokolwiek, co automatycznie premiowałoby wzrost złożoności.

15. Sherman...