Ο Ρόλος της Βιολογικής Πληροφορίας
Όλοι όσοι εργάζονται στη βιολογία γνωρίζουν ότι η πληροφορία είναι απαραίτητη για να κάνει ένα ζωντανό κύτταρο ό,τι κάνει. Ταυτόχρονα, υπάρχει ένα τεράστιο μυστήριο γύρω από την πληροφορία, διότι, όπως γνωρίζουμε ως άνθρωποι, η πληροφορία δεν προέρχεται από το πουθενά, αλλά πρέπει να προέρχεται από κάπου . Αυτό δημιουργεί ένα μεγάλο ερωτηματικό στο ζήτημα της προέλευσης στη βιολογία: από πού προήλθε όλη αυτή η πληροφορία .
Η κατανόηση της βιολογικής πληροφορίας προχώρησε δραματικά όταν οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, James Watson και Francis Crick, ανακάλυψαν ότι η δομή του μορίου του DNA αποθηκεύει πληροφορία [web:1]. Αυτή η πληροφορία είναι αποθηκευμένη με τη μορφή ενός ψηφιακού κώδικα 4 χαρακτήρων (digital code) . Συμβολοσειρές χημικών ουσιών με ακριβή σειρά, που ονομάζονται νουκλεοτιδικές βάσεις (nucleotide bases), παρέχουν τις οδηγίες συναρμολόγησης (την πληροφορία) για τη δόμηση των κρίσιμων μορίων πρωτεϊνών που χρειάζονται τα ζωντανά κύτταρα για να επιβιώσουν .
Ο Crick συνειδητοποίησε αργότερα ότι τα χημικά συστατικά του DNA λειτουργούν όπως τα γράμματα σε μια γραπτή γλώσσα ή όπως τα ψηφιακά σύμβολα σε ένα τμήμα κώδικα υπολογιστή [web:7]. Η διάταξη αυτών των βάσεων κατά μήκος της ραχοκοκαλιάς του μορίου του DNA μεταφέρει ακριβείς οδηγίες για τη δόμηση πρωτεϊνών, καθοδηγώντας τη διάταξη των 20 διαφορετικών ειδών αμινοξέων που συνθέτουν τα μόρια πρωτεϊνών [web:7]. Οι πρωτεΐνες, με τη σειρά τους, εκτελούν ένα ευρύ φάσμα κρίσιμων εργασιών μέσα στα κύτταρα, όπως η κατάλυση αντιδράσεων, η επεξεργασία γενετικής πληροφορίας και ο σχηματισμός των δομικών μερών των μοριακών μηχανών.
Για τη δόμηση νέων ζώων απαιτούνται πολλά νέα μόρια πρωτεϊνών, και η δόμηση νέων πρωτεϊνών απαιτεί νέα βιολογική πληροφορία. Όπως ακριβώς απαιτείται κώδικας, λογισμικό (software) ή οδηγίες για να δοθεί σε έναν υπολογιστή μια νέα λειτουργία, το ίδιο ισχύει και στη βιολογία: η πληροφορία είναι αυτή που καθοδηγεί τα βιολογικά συστήματα . Η δόμηση μιας νέας μορφής ζωής απαιτεί κυτταρικούς τύπους, πρωτεΐνες, και επομένως, γενετική πληροφορία.
Το Μυστήριο της Κάμβριας Έκρηξης
Μέχρι πριν από 530 εκατομμύρια χρόνια, οι ωκεανοί της πρώιμης Γης ήταν σχεδόν εντελώς κενοί ζωής . Στη συνέχεια, μέσα σε ένα γεωλογικά σύντομο διάστημα, ίσως 10 εκατομμυρίων ετών, τα νερά γέμισαν ξαφνικά με μια πληθώρα σύνθετων ζώων που αντιπροσώπευαν τα περισσότερα από τα κύρια σχέδια σώματος ζώων (body plans) που υπήρξαν ποτέ στον πλανήτη[web:8]. Αυτό το επεισόδιο είναι γνωστό ως η Κάμβρια Έκρηξη (Cambrian Explosion) [web:2].
Αυτό το μυστηριώδες επεισόδιο ήταν γνωστό στον Κάρολο Δαρβίνο, ο οποίος το θεωρούσε μια ανησυχητική πρόκληση για τη θεωρία του της σταδιακής και μη καθοδηγούμενης εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής. Το μυστήριο της Κάμβριας Έκρηξης έχει ενταθεί καθώς οι επιστήμονες ανακάλυψαν τον κεντρικό ρόλο που παίζει η βιολογική πληροφορία. Η Κάμβρια Έκρηξη δεν είναι μόνο η απότομη εμφάνιση πολλών νέων μορφών ζωής, αλλά και μια «έκρηξη» που θα απαιτούσε μια τεράστια εισροή ή δημιουργία νέας βιολογικής πληροφορίας [web:3].
Η Πρόκληση των Τυχαίων Μεταλλάξεων
Σύμφωνα με τη σύγχρονη εξελικτική θεωρία, οι νέες πρωτεΐνες και οι νέες μορφές ζωής προκύπτουν μέσω τυχαίων γενετικών μεταλλάξεων (random mutations) που κοσκινίζονται από τη φυσική επιλογή (natural selection) [web:4]. Ωστόσο, σε ένα αλφαβητικό κείμενο ή σε ένα τμήμα κώδικα υπολογιστή, οι τυχαίες αλλαγές τυπικά υποβαθμίζουν τη σημασία ή τη λειτουργικότητα και τελικά παράγουν ακαταληψία. Καθώς αναγνωρίζεται ο ψηφιακός ή τυπογραφικός χαρακτήρας της γενετικής πληροφορίας, τίθενται ενδιαφέροντα ερωτήματα σχετικά με την αποτελεσματικότητα αυτού του μηχανισμού που βασίζεται σε μεταλλάξεις [web:7].
Από τον κώδικα υπολογιστή είναι γνωστό ότι αν αρχίσει κανείς να κάνει τυχαίες αλλαγές σε ένα τμήμα κώδικα, είναι πολύ πιο πιθανό να υποβαθμίσει την ήδη υπάρχουσα πληροφορία παρά να καταλήξει σε ένα νέο λειτουργικό σύστημα ή πρόγραμμα. Αυτό το πρόβλημα αναγνωρίστηκε από επιστήμονες υπολογιστών, μαθηματικούς και μηχανικούς, συμπεριλαμβανομένης μιας ομάδας από το MIT που συγκάλεσε ένα συνέδριο στο Wistar Institute στη Φιλαδέλφεια το 1966 .
Αυτοί οι επιστήμονες συναντήθηκαν για να εξετάσουν εάν ο μηχανισμός της τυχαίας μετάλλαξης και της φυσικής επιλογής θα μπορούσε να δημιουργήσει αρκετή βιολογική πληροφορία για να χτίσει ένα νέο ζώο ή έστω μια νέα πρωτεΐνη, στον χρόνο που ήταν διαθέσιμος στην εξελικτική διαδικασία . Ο καθηγητής μηχανικής του MIT, Murray Eden, δήλωσε ότι καμία επίσημη γλώσσα που υπάρχει σήμερα δεν μπορεί να ανεχθεί τυχαίες αλλαγές στις ακολουθίες συμβόλων που εκφράζουν τις προτάσεις της, καθώς η σημασία καταστρέφεται σχεδόν πάντοτε .
Το Συνδυαστικό Πρόβλημα
Ο Eden και οι συνάδελφοί του υποψιάζονταν ότι ο γενετικός κώδικας αντιμετώπιζε παρόμοια δυσκολία στην παραγωγή νέας γενετικής πληροφορίας, τουλάχιστον αρκετής για να δημιουργήσει μια νέα πρωτεΐνη. Αυτό συμβαίνει διότι υπάρχουν πολύ περισσότεροι τρόποι για τη διάταξη των σχετικών χαρακτήρων (είτε σε ψηφιακό κώδικα, αλφαβητικό κείμενο ή γενετικό κείμενο στο DNA) που θα παράγουν ακαταληψία παρά τρόποι που θα παράγουν λειτουργία ή σημασία.
Ο μηχανισμός της τυχαίας μετάλλαξης και της φυσικής επιλογής έπρεπε να αντιμετωπίσει αυτό που οι μαθηματικοί αποκαλούν συνδυαστικό πρόβλημα (combinatorial problem). Ο όρος αναφέρεται στον αριθμό των πιθανών τρόπων με τους οποίους ένα σύνολο αντικειμένων μπορεί να διαταχθεί ή να συνδυαστεί .
Για να γίνει κατανοητό, χρησιμοποιείται η αναλογία μιας κλειδαριάς: Μια κλειδαριά με 4 καντράν (0-9) έχει 10×10×10×10=10.000 πιθανούς συνδυασμούς . Ένας επιμελής κλέφτης θα μπορούσε να δοκιμάσει περισσότερους από 5.000 συνδυασμούς σε 15 ώρες και να έχει μεγαλύτερη πιθανότητα επιτυχίας . Μια πολύ πιο περίπλοκη κλειδαριά με 10 καντράν έχει 1010 ή 10 δισεκατομμύρια πιθανούς συνδυασμούς . Σε αυτή την περίπτωση, είναι πολύ πιο πιθανό ο κλέφτης να αποτύχει, ακόμα κι αν αφιερώσει όλη του τη ζωή στο έργο .
Το κρίσιμο ερώτημα που τέθηκε στη διάσκεψη Wistar ήταν εάν η τυχαία αναζήτηση για μια νέα αλληλουχία DNA, ικανή να κατασκευάσει μια λειτουργική πρωτεΐνη, μοιάζει περισσότερο με την αναζήτηση στον μηχανισμό 4 καντράν ή 10 καντράν . Οι επιστήμονες τότε δεν μπόρεσαν να απαντήσουν οριστικά, καθώς δεν μπορούσαν να ποσοτικοποιήσουν επαρκώς πόσο δύσκολο ήταν το πρόβλημα της αναζήτησης .
Πειραματικά Δεδομένα
Εκείνη την εποχή (τέλη δεκαετίας 1960), οι μοριακοί βιολόγοι γνώριζαν ότι ο αριθμός των πιθανών συνδυασμών αντιστοιχεί σε μια δεδομένη ακολουθία DNA είναι εξαιρετικά μεγάλος και αυξάνεται εκθετικά με το μήκος του μορίου. Για παράδειγμα, για μια σύντομη πρωτεΐνη μήκους 150 αμινοξέων, υπάρχουν 10195 άλλες διατάξεις αμινοξέων αυτού του μήκους — ένας αφάνταστα μεγάλος αριθμός . Ωστόσο, δεν γνώριζαν πόσες από αυτές τις διατάξεις ήταν πραγματικά λειτουργικές (δηλαδή, πόσοι συνδυασμοί θα «άνοιγαν την κλειδαριά») [web:6].
Πολλοί εξελικτικοί βιολόγοι υπέθεταν τότε ότι πρέπει να υπάρχει υψηλή αναλογία λειτουργικών αλληλουχιών μεταξύ όλων των πιθανών αλληλουχιών, ώστε μια τυχαία αναζήτηση να έχει υψηλή πιθανότητα επιτυχίας . Υποστήριζαν ότι οι βιολογικές αλληλουχίες ίσως δεν είναι τόσο «ευαίσθητες» ή «επιλεκτικές» ως προς τη θέση των χαρακτήρων, όσο είναι η γραπτή γλώσσα ή ο κώδικας υπολογιστή, επιτρέποντας σε έναν τεράστιο αριθμό πρωτεϊνικών αλυσίδων να εκτελούν την ίδια λειτουργία [web:12].
Πρόσφατα πειράματα στη μοριακή βιολογία και την επιστήμη των πρωτεϊνών έχουν αντικαταστήσει τις εικασίες με δεδομένα . Αυτά τα πειράματα έχουν καθορίσει ότι οι αλληλουχίες με βάση το DNA που είναι ικανές να δημιουργήσουν λειτουργικές πρωτεΐνες είναι, στην πραγματικότητα, εξαιρετικά σπάνιες μεταξύ του τεράστιου αριθμού πιθανών αλληλουχιών.
Η Έρευνα του Douglas Axe
Ο μοριακός βιολόγος Douglas Axe, χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται κατευθυνόμενη μεταλλαξιγένεση (directed mutagenesis), εκτίμησε ότι για κάθε αλληλουχία DNA που παράγει μια λειτουργική πρωτεΐνη μήκους μόλις 150 αμινοξέων, υπάρχουν 1077 διατάξεις αμινοξέων που δεν θα διπλωθούν σε μια σταθερή τρισδιάστατη πρωτεϊνική δομή ικανή να εκτελέσει αυτή τη βιολογική λειτουργία [web:15].
Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μία σωστή ακολουθία για κάθε 1077 λανθασμένες ακολουθίες . Αυτή η πιθανότητα είναι ισοδύναμη με την αναζήτηση ενός μόνο συνδυασμού σε μια κλειδαριά με 77 καντράν, το καθένα με 10 ψηφία . Για να γίνει αντιληπτή η κλίμακα, υπάρχουν μόνο 1065 άτομα σε ολόκληρο τον Γαλαξία της Ανδρομέδας .
Το Χρονικό Πρόβλημα
Ένα απίθανο γεγονός (όπως 1 στα 1077) μπορεί να συμβεί αν υπάρχουν πολλές ευκαιρίες . Στην περίπτωση της ζωής, αυτές οι ευκαιρίες παίρνουν τη μορφή μεμονωμένων ζωντανών οργανισμών στους οποίους θα μπορούσε να συμβεί μια μετάλλαξη . Ωστόσο, ο εκτιμώμενος συνολικός αριθμός μεμονωμένων οργανισμών που έχουν ζήσει ποτέ στη Γη κατά τη διάρκεια της ιστορίας της (3,5 δισεκατομμύρια χρόνια) είναι μόνο 1040 [web:5].
Το 1040 αντιπροσωπεύει μόνο ένα μικρό κλάσμα του 1077. Για την ακρίβεια, είναι μόνο το 1/10 τρισεκατομμυριοστό τρισεκατομμυριοστό τρισεκατομμυριοστό των συνολικών δυνατοτήτων. Συνεπάγεται ότι είναι συντριπτικά πιθανό ότι μια τυχαία μεταλλακτική αναζήτηση θα είχε αποτύχει να παράγει έστω και μία νέα λειτουργική αναδίπλωση πρωτεΐνης (protein fold) σε ολόκληρη την ιστορία της ζωής στη Γη . Δεδομένου ότι η δόμηση νέων ζώων απαιτεί τη δημιουργία πολλών νέων πρωτεϊνών, πολλοί επιστήμονες αμφισβητούν τώρα τη δημιουργική δύναμη του μηχανισμού τυχαίας μετάλλαξης και φυσικής επιλογής [web:7].
Η Εναλλακτική Πιθανότητα
Ακόμη και εξελικτικοί βιολόγοι σε επαγγελματικά περιοδικά αναγνωρίζουν δυσκολίες στην παραδοσιακή εξελικτική θεωρία, με κάποιους να αναγνωρίζουν ότι «ζούμε ήδη σε μια μετα-δαρβινική εποχή» ή να ζητούν νέες θεωρίες εξέλιξης [web:19]. Οι Meyer και Axe ανήκουν σε μια αυξανόμενη μειοψηφία που προτείνει την εξέταση μιας άλλης πιθανότητας: του νοήμονα σχεδιασμού (intelligent design).
Ο Stephen Meyer ανέπτυξε την αναγνώριση αυτής της δυνατότητας μέσω της δουλειάς του ως διδακτορικού φοιτητή στη φιλοσοφία της επιστήμης στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, εξετάζοντας την ιστορική επιστημονική μέθοδο που χρησιμοποίησε ο Κάρολος Δαρβίνος. Η μέθοδος του Δαρβίνου επικεντρώθηκε στην προσπάθεια καθιέρωσης των αιτιών γεγονότων στο μακρινό παρελθόν . Αυτή είναι μια πιο «εγκληματολογική» μορφή λογικής (forensic style of reasoning) από την συνηθισμένη πειραματική επιστήμη, όπου γίνεται λογική συμπερασμός από τα στοιχεία που έχουν απομείνει πίσω προς τις πιθανές αιτίες .
Η Μέθοδος της Καλύτερης Εξήγησης
Η μέθοδος αυτή ονομάζεται η «μέθοδος πολλαπλών ανταγωνιστικών υποθέσεων» (method of multiple competing hypotheses) ή η «μέθοδος συμπερασμού στην καλύτερη εξήγηση» (inference to the best explanation) . Για να προσδιοριστεί η καλύτερη εξήγηση, οι επιστήμονες βασίζονται στην αρχή του Charles Lyell (και του Δαρβίνου), ο οποίος υποστήριξε ότι το παρόν είναι το κλειδί για το παρελθόν . Πρέπει να αναζητούνται εξηγήσεις βασισμένες στη γνώση των αιτιών που δρουν επί του παρόντος .
Ο Meyer έθεσε το κρίσιμο ερώτημα: Ποια είναι η αιτία που δρα τώρα για την παραγωγή ψηφιακής πληροφορίας . Το κρίσιμο ζήτημα στην προέλευση της ζωής και της ζωής των ζώων είναι: από πού προήλθε η πληροφορία (που είναι αποθηκευμένη ψηφιακά στο μόριο του DNA) . Ο Meyer κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η απάντηση είναι η νοημοσύνη (intelligence) [web:7].
Η νοημοσύνη είναι η αιτία, γνωστή από την ομοιόμορφη και επαναλαμβανόμενη εμπειρία, που είναι ικανή να παράγει πληροφορία . Κάθε φορά που εντοπίζεται πληροφορία, ειδικά σε ψηφιακή ή τυπογραφική μορφή (όπως ιερογλυφικά, κείμενο, κώδικας υπολογιστή ή σήμα ραδιοφώνου), και ανιχνεύεται πίσω στην τελική της πηγή, καταλήγουμε πάντα σε έναν νου (mind) και όχι σε μια υλική διαδικασία .
Ο Νοήμων Σχεδιασμός
Η ανακάλυψη ότι η πληροφορία καθοδηγεί τη ζωή και η διαπίστωση των τεράστιων εισροών πληροφορίας στην ιστορία της ζωής (όπως στην Κάμβρια Έκρηξη) υποδηλώνουν ότι μια σχεδιάζουσα νοημοσύνη έχει διαδραματίσει ρόλο. Αυτό επέτρεψε τη διατύπωση μιας επιστημονικής περίπτωσης για τον νοήμονα σχεδιασμό, βασισμένη στην ίδια ιστορική επιστημονική μέθοδο λογικής που χρησιμοποίησε ο Κάρολος Δαρβίνος στην Καταγωγή των Ειδών .
Επομένως, αν κάποιος ισχυριστεί ότι ο νοήμων σχεδιασμός δεν είναι επιστήμη, θα έπρεπε να πει ότι και το δαρβινικό επιχείρημα δεν είναι επιστήμη, κάτι που δεν θέλει κανείς. Ο Meyer χρησιμοποίησε αυτήν ακριβώς την ιστορική επιστημονική μέθοδο στη διαμόρφωση της θετικής υπόθεσης για τον νοήμονα σχεδιασμό στα έργα του Darwin's Doubt και Signature in the Cell [web:7].
0 Σχόλια