TEMA: Matematikken & makroevolutionen

Matematikken & makroevolutionen (1a). Biologien er afhængig af mange samarbejdende dele. Det skaber uoverstigelige problemer for Darwins forklaringsmodel.

Ingen gratis ændring af bio-systemer

Tekst: Knud Aage Back & Ove Høeg Christensen

Biologiske systemer kan ikke ændres gradvist uden at miste funktioner

Nogle har travlt med at understrege at evolutionsteorien er bevist. Der er ikke noget at komme efter; der er i hvert fald ikke noget at diskutere. Hvis man ikke tror på evolutionen, kunne vi lige så godt afskaffe den moderne videnskab.

Nu er det blot sådan at det alene er matematikken og logikken der fører bevis for noget. Og når vi for alvor drager matematikken ind i biologien (nogen vil mene det er på tide!), er det netop muligt at bevise én ting: Ingenting kan opstå af sig selv, heller biologiske “ting”. Med den viden vi i dag har om bioinformatik, beviser matematikken at Darwins forestillinger om makroevolutionen er fejlagtige. Og hvad er den typiske videnskabsjournalists reaktion på denne ubehagelige kendsgerning: »Jamen, evolutionen har jo fundet sted alligevel – mod alle odds – vi er her jo!«

Den lader vi lige stå et øjeblik.

Byg biologi på matematik I fysik er der ingen tvivl om at matematikken er af afgørende betydning for faget. Uden matematik, ingen fysik.

Matematikken er fysikkens sprog. Så det er matematikken der gør fysikken til et naturvidenskabeligt fag. Og sådan har det været siden Galileo hvor beregninger og observationer fik overtaget frem for filosofiske betragtninger der tit & ofte gik tilbage til De gamle Grækere.

Og nu hvor matematikken (i form af informatikken) er ved for alvor at gøre sit indtog i biologien, må dette gamle fag se sig forvandlet til ukendelighed. Det skal vi se nærmere på i de næste artikler i dette ORIGO som i høj grad er inspireret af kapitlerne 12-14 i Stephen C. Meyers bog Darwin’s Doubt. Meyers bog handler om problemet med alle de nye dyreformer som pludselig viser sig i den geologiske periode Kambrium, altså den såkaldte Kambriske Eksplosion.

En underlig slange I 1974 sker der noget vigtigt i biologien. De forklaringer som neodarwinismen hidtil har holdt sig til, begynder flere og flere biologer at stille sig tvivlende over for. Heriblandt en biolog fra University of Illinois, Tom Frazzetta.

I sit speciale havde Frazzetta studeret dyrs anatomi. Dermed var han faldet over nogle sjældne slanger på Mauritius i Det indiske Ocean. De har en overkæbe man ikke finder mage til hos noget andet hvirveldyr. Overkæben er hos Mauritius-boaen delt op i to. (Se tegningen side 21.) De to dele er forbundet med et led udstyret med særlige nervebaner, ekstra knogler, forskelligt væv og sener. Så slangen ubesværet kan bøje forreste halvdel af overkæben bagover når den angriber sit bytte.

Som ung professor i evolutionsbiologi havde Frazzetta studeret komplekse strukturer i mange forskellige arter. Han var derfor klar over at næsten alle biologiske strukturer er afhængige af en masse helt nødvendige komponenter. Skal sådanne integrerede systemer laves om, fx det indre øre, kræver det en ændring af en masse uafhængige dele som hele systemets funktion hviler på. En ændring af én af de tre knogler i mellemøret vil samtidig nødvendiggøre ændringer i de andre knogler.

Skal komplekse biologiske systemer fungere, kræver det at i hundredvis af hinanden uafhængige, men alligevel nødvendige dele indgår i et samspil. Stiger antallet af nødvendige komponenter, må et tilsvarende antal ændringer stige,

“ Ethvert system der er afhængigt af mange samarbejdende dele, kan ikke ændres gradvist uden at miste sin funktion.

En Led-kæbe-boa fra Mauritius gav i 1974 anledning til undren hos en ung evolutionsbiolog, Tom Frazzetta. »Vil dette komplekse system af knogler, led, væv og sener kunne være resultat af en gradvis evolution?« spørger han sig selv.

»Et bevægeligt led der deler maxilla bevægeligt led der deler maxilla [overkæben] op i to dele, må enten være noget dyret har eller det ikke har!« – Ingen overgangsformer ville nemlig kunne overleve mens de venter på at de nødvendige muskler og andet væv skal opstå sammen med den opståede deling af kæben. Jf. tegningen på side 21.

© By Jjargoud - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index. php?curid=4832355

samtidigt, hvis der skal laves om på tingene.

Det gik hurtigt op for Frazzetta at ethvert system der er afhængigt af mange samarbejdende dele, ikke kan ændres gradvist uden at miste sin funktion.

Gab! Da Frazzetta offentliggjorde sine betænkeligheder, vandt det meget lidt genklang hos de neodarwinistiske evolutionsbiologer. De fleste reagerede med et kollektivt gab, hvis de i det hele taget lagde mærke til hvad der var på spil i forhold til “Darwins forklaringer”. Det skyldes at de har sat deres lid til at mutationer og den naturlige selektion er i besiddelse af en næsten ubegrænset kreativitet.

Biologernes brug af matematikken i populationsgenetikken så en overgang ud til at bekræfte denne overbevisning. Populationsgenetikken regner på hvordan genfrekvenser kan ændres som resultat af mutationer, genetisk drift (neutrale ændringer i genomet som den naturlige udvælgelse hverken favoriserer eller eliminerer) og den naturlige selektion.

Men en grundlæggende antagelse må være på plads før man kan få regnskabet til at gå op: Og det er at fordelagtige variationer eller egenskaber kan opstå som følge af blot en enkelt mutation.

Når evolutionsbiologer sætter deres estimater for mutationsrater, populationstørrelser og antal generationer ind i populationsgenetikkens ligninger, synes deres beregninger at vise at selv komplekse systemer kan bygges op – ved at almindelige evolutionære mekanismer genererer en betydelig forandring i en tilpas mængde organismer.

Gad vide om detaljerne ikke betyder mere end evolutionsbiologerne sædvanligvis vil være ved ... ?! ?

iStockPhoto.com

I sin bog Darwin’s Doubt har S.C. Meyer en tegning af en s.k. bolyerine-slange sammen med en almindelig boa. Her ses problemet med “den knækkede overkæbe”.

På dette billede af en fortids-varan (næsten 7 m lang, med en vægt på op til 2 t) har vi markeret maxilla/overkæben med en rød pil. by Cas Liber - Cas Liber, Public Domain, https://com © mons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6532972

Blot mutationerne sørger for en konstant forsyning af nye egenskaber, vil ethvert system, uanset hvor komplekst det er, kunne bygges op én egenskab ad gangen – egenskab på egenskab – via den naturlig udvælgelses kreative kraft.

Sådan siger man i hvert fald.

Djævlen i detaljen Tilliden til disse matematiske modeller har fået mange neodarwinister til at se stort på detaljerne. Men hvordan forklarer man hvordan disse komplekse systemer rent faktisk kan være opstået?

For eksempel læser vi i en tekst skrevet af evolutionsbiologerne Paul Ehrlich og Richard Holm: »Man behøver ikke at gå i detaljer med hensyn til udviklingen af fuglens vinge, giraffens hals, hvirveldyrets øje, fisks redebygning osv. eftersom disse og andre strukturer og adfærdsmønstre kan antages i store træk at være opstået på samme måde ud fra det selektionspres som vi allerede har set eksempler på […] [Her henviser forfatterne til fx birkemålerens camouflage, red.] Selv en lille fordel eller ulempe i en bestemt genetisk ændring vil være en tilstrækkelig forskel til at den naturlige udvælgelse kan udnytte den.«

Udtrykket “en tilstrækkelig forskel til at den naturlige udvælgelse kan udnytte den” henviser til en forståelse af populationsgenetikken som er skitseret ovenfor. Så budskabet var klart: Matematikken fortæller historien; de biologiske detaljer ved oprindelsen af komplekse systemer behøver vi ikke bekymre os om. Mange evolutionsbiologer har blot set de matematiske udfordringer til evolutionsmekanismens kreative kraft som nærmest eksotiske og ret irrelevante; de er jo for det meste kommet fra forskere og ingeniører på andre fagområder. Et lidt interessant synspunkt. Inden for faget fysik må man gerne komme fra “et andet speciale”, blot man har argumenterne i orden.

I løbet af det sidste årti har udviklingen i molekylær- og populationsgenetikken imidlertid afsløret et dobbeltproblem: Hvordan opstår nye gener og proteiner samtidig med at komplekse tilpasninger finder sted?

Det problem ser i nærmere på i det følgende. n