Subtelna równowaga Russell F. Doolittle Autorytet w dziedzinie badań nad procesem krzepnięcia krwi Neodarwinista który poległ w polemice z Michaelem Behe.pdf

Filozoficzne Aspekty Genezy — 2004, t. 1

http://www.nauka-a-religia.uz.zgora.pl/index.php?action=tekst&id=52

Russell F. Doolittle

Subtelna równowaga *

Wiele lat temu, gdy byłem słuchaczem studiów magisterskich z

biochemii w Harvardzie, zgłosiłem esej do konkursu z nagrodami, do

którego prace przedkładało się anonimowo pod pseudonimem. Esej

ten był zatytułowany „The Evolution of a Unique Enzyme System:

The Comparative Physiology of Blood Coagulation” [Ewolucja

unikatowego systemu enzymatycznego: fizjologia porównawcza

koagulacji krwi], a użyłem nieskromnego pseudonimu – Karol Dar-

win.

Sednem tego eseju było to, że podczas gdy koagulacja krwi u

kręgowców jest nadzwyczaj złożonym procesem i chociaż na pierw-

szy rzut oka żadna część tego systemu nie mogłaby istnieć oddzielnie

od całego zespołu, niemniej jednak można ją zrozumieć w kategoriach

doboru naturalnego. Wykazałem, że jest mało prawdopodobne, by

cała mieszanina enzymów i substratów białkowych wyewoluowała w

jednym pełnym skoku. Zamiast tego działały trzy procesy. Po pierw-

sze, nastąpiła seria duplikacji genu tego rodzaju, który zaobserwowa-

no ostatnio u hemoglobin. Po drugie, nastąpiły proste mutacje punk-

towe, które znamy dzisiaj jako zastąpienia aminokwasów. Na koniec

zadziałały mechanizmy kontrolujące dużą ilość rozmaitych czynników

homologicznych. Wysunąłem wniosek, że obecność i rolę tych mecha-

nizmów można oceniać porównując proces krzepnięcia krwi w

różnych organizmach, szczególnie u zwierząt, które wcześnie się

pojawiły i które w związku z tym posiadają prostsze układy. Odtąd

Russell F. D OOLITTLE , „A Delicate Balance”, Boston Review , luty/marzec 1997, s. 28-29,

http://www.bostonreview.net/br22.1/doolittle.html. Z języka angielskiego za zgodą Autora

przełożył Dariusz S AGAN . Recenzent: Grzegorz N OWAK , Zakład Biochemii UMCS, Lublin.

Russell F. Doolittle, Subtelna równowaga

rozpocząłem realizację programu eksperymentalnego, dotyczącego

procesu krzepnięcia krwi u wszystkich rodzajów stworzeń, napisałem

pracę doktorską na ten temat 1 i – w rzeczywistości – poświęciłem

minione 35 lat ogólnemu zagadnieniu białek i ich ewolucji.

Teraz wygląda na to, że zmarnowałem swoją karierę. W Darwin’s

Black Box Michael Behe doszedł do wniosku, że krzepnięcie krwi –

jak ujmuje to Allen Orr, „ulubiony proces” Behe’ego – jest zwyczaj-

nie „zbyt złożony, by wyewoluować”. 2 Gorzej, użył jednego z moich

artykułów, aby zilustrować swój pogląd. Był to tekst wykładu z 1993

roku, wygłoszonego na międzynarodowej konferencji poświęconej za-

gadnieniu krzepnięcia krwi. 3 Była to jedna z serii przemówień, które

zapowiedziano jako „najnowocześniejsze” i przedstawiono audy-

torium, składającemu się głównie z klinicystów i biotechnologów.

Ponieważ audytorium to nie wiedziało zbyt wiele o faktach ewolucji,

mój ton był celowo lekki i zwiewny, a język swobodny. Głównym ce-

lem było pokazanie, że subtelna równowaga reakcji, zachodzących w

obu kierunkach, które regulują krzepnięcie krwi, powstała w stop-

niowym procesie. Podsumowałem to metaforą przeciwstawnych mocy

Yin i Yang i podkreśliłem, że można użyć innych podobnych porów-

nań typu punkt-i-kontrapunkt.

Behe miał jednak niezły ubaw z Yin i Yang. Przypominając w

kółko czytelnikom o tym, że jest to artykuł „najnowocześniejszy”,

oskarża mnie o „tworzenie sobie w wyobraźni” ewolucji procesu

krzepnięcia krwi i „próbowanie ukrycia dylematu [nieredukowalnej

złożoności] przy pomocy gradu metaforycznych odniesień do yin i

yang”. Wyśmiewa całą tę sprawę jako stwarzanie na wzór „Calvina i

R.F. D OOLITTLE , „The Comparative Biochemistry of Blood Coagulation”, Praca doktors-

ka, Harvard University 1961.

Michael J. B EHE , Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution , The

Free Press, New York 1996.

R.F. D OOLITTLE , „The Evolution of Verterbrate Blood Coagulation: A Case of Yin and

Yang”, Thrombosis Haemostasis 1993, vol. 70, s. 24-28.

Filozoficzne Aspekty Genezy — 2004, t. 1

Hobbesa”. Konkluduje, że „nikt na Ziemi nie ma mętniejszej teorii na

temat tego, jak powstała kaskada koagulacji”.

Pozwalam sobie mieć odmienne zdanie. W ostatnich latach

zgromadzono nadzwyczajną ilość świadectw empirycznych do-

tyczących ewolucji procesu krzepnięcia krwi i przytłaczająco popiera-

ją one to, co sugerowałem w moim eseju studenckim. W tym krótkim

komentarzu proponuję szkic tej podstawowej opowieści.

Na początek potrzebujemy kilku podstawowych pojęć z biologii

molekularnej. Tak więc DNA składa się z bardzo długich linijek

czterech jednostek biochemicznych zwanych „nukleotydami”

(skrótowo oznacza się je jako A, G, C i T). Układ linearny („sekwen-

cja”) tych nukleotydów koduje – w pośredni sposób – układ innego

rodzaju jednostek w innego rodzaju łańcuchach molekularnych, zwa-

nych „białkami”. Podstawowe jednostki w białkach to aminokwasy,

których jest dwadzieścia. Możemy określić sekwencję aminokwasów

w każdym białku, czy to bezpośrednio, czy dzięki rozkodowaniu

sekwencji DNA jego genu, a także porównać ją z jakąś inną sekwen-

cją. Możemy następnie pogrupować białka w duże drzewa rodzinne

według podobieństwa sekwencji aminokwasów. Ogólnie mówiąc, im

bliżej spokrewnione organizmy, tym bardziej podobne sekwencje

aminokwasów ich białek. Na przykład białka większości ludzi i szym-

pansów są w 99 i 100 procentach identyczne, ale te same białka u bak-

terii mogą być identyczne z naszymi w zakresie od 30 do 60 procent.

Powinniśmy także odnotować fakt, że u ludzi i szympansów przypada

o wiele więcej DNA na komórkę niż u bakterii, a także o wiele więcej

genów.

Posiłkując się tą podstawową znajomością chemii białek możemy

zobaczyć, w jaki sposób inwentarz genów (i kodowanych przez nie

białek) pomnażał się w ciągu wieków. Pokrótce, geny dla nowych

białek powstały z genów dla starych dzięki duplikacji genu, proce-

sowi, który lubię nazywać „biochemicznym kopiowaniem”. (Behe bez

wątpienia uznałby tę metaforę za uroczą, lecz uproszczoną). Te nowe

Russell F. Doolittle, Subtelna równowaga

białka, z kolei, szczególnie przydają się w przystosowywaniu się do

nowych warunków: ale to wyprzedza naszą opowieść.

Behe zauważa w swojej książce, że „wysnuto teorię”, iż podobne

sekwencje aminokwasów w różnych białkach mogą mieć związek z

duplikacją genu, lecz – jak wykazuje Allen Orr – odnosi się do niej

jako do „hipotezy” i sugeruje, że takie interpretacje zdarzeń są „takimi

sobie bajeczkami”, które stworzono po to, by zracjonalizować obser-

wacje.

W rzeczywistości proces duplikacji genu może zachodzić na wiele

sposobów, a najpowszechniej występujący mechanizm jest dobrze po-

znany. Organizmy rozmnażające się drogą płciową mają na przykład

dwa zbiory chromosomów (jeden od każdego rodzica), które formują

szereg w procesie podziału komórki zwanym mejozą. Bardzo długie

nici DNA stale się zrywają i ponownie łączą. Proces ponownego

łączenia nie jest jednak w 100 procentach dokładny i często jeden z

chromosomów odpada z trochę większą ilością DNA niż chromosom

z jego pary, który będzie miał odpowiednio mniej DNA. Choć ilość

DNA może równać się tylko części genu lub być może całemu ła-

ńcuchowi genów, mają szczęście te gamety, które odpadną z większą

ilością DNA niż jest potrzebne do „duplikacji genu”. Proces ten

można zaobserwować u ludzi, którzy cierpią na pewne choroby wsku-

tek braku odcinków genów, a także u ludzi – zwykle zdrowych –

którzy mają dodatkowo właśnie te brakujące części! 4

Rezultatem duplikacji genu jest to, że organizm może mieć stary

gen, który koduje pewne białko, i nowy gen, który – w normalnych

warunkach – nie ma zbyt wiele do zrobienia. Przez większość czasu

jeden z duplikatów będzie po prostu zanikać na skutek nieustannego

zastępowania jednych aminokwasów innymi, co stale wpływa na

wszystkie białka; dobór naturalny nie może przecież działać na nie-

Zob. np. H. L EHMANN and D. C HARLESWORTH , „Observations on Haemoglobin P”, Bio-

chemical Journal 1970, vol. 119, s. 43.

Filozoficzne Aspekty Genezy — 2004, t. 1

funkcjonalne białka, lecz na te, których się używa. ** Jednakże od

czasu do czasu pojawienie się nowego białka może przypadkowo dać

przewagę i ulegnie ono zachowaniu: mamy już długą listę białek,

które wyraźnie są produktami duplikacji genów. W rzeczywistości

jednym z głównych dążeń ewolucjonistów molekularnych jest rozry-

sowanie drzewa genealogicznego rodziny białek w celu ziden-

tyfikowania małej liczby genów, które musiały posiadać wcześniej ży-

jące organizmy.

Rozważmy hemoglobinę, białko, którym zawodowo zajmował się

dr Behe, i które omówił w swojej książce. Niemal wszyscy wiedzą, że

hemoglobina to białko upakowane w krwinkach czerwonych, które

transportują tlen do tkanek. Behe zauważa, że składa się ona z dwóch

różnych typów łańcuchów białkowych. Nazywa je „analogicznymi”,

konsekwentnie unikając nazywania ich „homologicznymi” – jest to

termin, który wskazuje na wspólne pochodzenie i którego używają

wszyscy pozostali biochemicy. Z pewnością żaden myślący biochemik

nie wątpi, że te dwa łańcuchy, zwane „alfa” i „beta”, są produktami

duplikacji genu. Składają się one odpowiednio ze 141 i 146 jednostek

(Przypis recenzenta) W rzeczywistości dobór naturalny (lub lepiej naturalna selekcja )

działa na organizmy (lub populacje, o to toczy się spór), a nie na białka. Naturalna selekcja

jest złożonym procesem, który powoduje zróżnicowanie przeżycia i rozrodu organizmów w

ich środowisku, przy czym czynnikiem selekcjonującym jest wypadkowa oddziaływań na or-

ganizm środowiskowych czynników biotycznych i abiotycznych z domieszką – niekiedy –

przypadku. Obecność w komórkach złożonego organizmu takiego czy innego białka zmienia

w pewnych przypadkach jego cechy fenotypowe, które mogą być, i zwykle są, czynnikiem

istotnym podczas naturalnej selekcji, same białka jednak selekcjonowane nie są (nie mogą

wchodzić w interakcje środowiskowe). W pewnym szerokim rozumieniu cechy fenotypowej

( trait, character ) również białka komórkowe, tak jak cząsteczki kwasów nukleinowych obec-

ne w komórkach, są cechami fenotypowymi, jednak nie są one i nie mogą być jednostkami

selekcji, ponieważ skutki selekcji – zróżnicowanie przeżycia i rozrodu – mogą dotyczyć tylko

organizmów lub złożonych z nich populacji, niezależnie od tego, czy są to organizmy jedno-

komórkowe takie jak na przykład bakterie (lub złożone z wielu bakterii populacje), czy złożo-

ne organizmy wielokomórkowe takie jak na przykład ludzie (lub złożone z ludzi populacje).

Można oceniać skutki selekcji badając różnice tak zwanego „sukcesu reprodukcyjnego” lub

czasu życia organizmu (czy też różnice między odpowiednimi średnimi dla złożonych z wielu

organizmów populacji), nie można jednak oceniać takich skutków dla poszczególnych białek.

Autor pisząc o działaniu selekcji na białka, czy to „używane”, czy „nieużywane”, użył skrótu

myślowego, który wprowadza czytelnika w błąd.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: