Tilfældige mutationer kan ikke opbygge DNA-information

Asparagine (forkortet Asn eller N) som har den genetiske kode AAU og AAC, er en -aminosyre der bruges i proteinsyntesen. iStockPhoto.com

Matematik og makroevolution (2). Mutationer er med overvældende sandsynlighed mere tilbøjelige til at nedbryde informationen i et gen end at producere ny funktion eller nye egenskaber.

Tilfældige mutationer kan ikke opbygge DNA-information

Tekst: Knud Aage Back & Ove Høeg Christensen

1975 – et vigtigt år Neodarwinismen blev formuleret i 1930’erne, altså før man vidste noget om genernes faktiske opbygning. Så biologerne gik ud fra at en enkelt mutation kunne ændre et gen på en sådan måde at der frembringes nye egenskaber.

Matematikken bag populationsgenetikken går ud fra denne antagelse. Og selv i nutiden florerer der artikler som angriber ID-forskningen ud fra denne præmis. I en bog fra forlaget ANIS (Darwin eller Intelligent Design, 2007) skriver Gorm Nissen om “Evolutionær Altruisme”, altså om hvordan evolutionen får dyr til at optræde uegennyttigt/altruistisk. En væsentlig pointe i denne artikel hviler netop på forestillingen om hvad én mutation kan afstedkomme.

Allerede tilbage i 2009 tog ORIGO argumentet ved vingebenet.

Vores bog Humlebien kan ikke flyve … indeholder en gendrivelse af at en sådan forklaring kan bruges på en meget kompliceret biologisk mekanisme. Og da børn & andet godtfolk tit forføres af en “masse kloge ord”, er der skrået igennem sådan at selv et barn kan se problemet ved Nissens brug af “Darwins

forklaring”. – Det handler om hvordan en myre bliver “tosset i hovedet” … Læs “Myre med hjerneskade” på siderne 81 og frem.

Watson og Crick der i 1953 fremlagde deres opdagelse af DNA’ets struktur, påviste senere at genet er placeret på et specifikt sted på et kromosom, og at de enkelte gener består af digitale instruktioner der kan indeholde hundred- eller tusindvis af “kemiske bogstaver”. Derfor har biologerne også for længst ændret deres forståelse af mutationerne. Vi opfatter nu mutationer som typografiske fejl i den digitale kode.

“ Børn & andet godtfolk forføres tit af en “masse kloge ord” når det gælder neodarwinismen.

Som et resultat heraf blev mange forskere allerede dengang klar over at en enkelt mutation i sig selv sandsynligvis ikke er nok til at frembringe nye gavnlige egenskaber. Og mange indså at mutationer i stedet for med overvældende sandsynlighed er mere tilbøjelige til at nedbryde informationen i et gen end at producere ny funktion eller nye egenskaber. Hertil kommer at en ophobning af mutationer efterhånden typisk vil resultere i tab af funktion og dermed “fitness”.

Nu kan man sige at Gorm Nissen var lovlig undskyldt. Han havde ganske enkelt for meget medvind på argumenternes cyklesti. Som nævnt reagerede de fleste biologer med et kollektivt gab på Frazzetta da han påpegede problemet med de komplekse tilpasninger.

Gener er ikke et resultat af komplekse tilpasninger! Som Meyer fortæller i sin bog Darwin’s Doubt, har den britiske genetiker William Bateson i antologien Darwin and Modern Science ironisk beskrevet hvordan den udbredte antagelse med “kun én mutation” har forhindret evolutionsbiologer i at tage stilling til de virkelige vanskeligheder ved at forklare hvordan komplekse tilpasninger er opstået: »[…] ingen havde tydeligvis brug for at trætte sig selv med at forsøge at forstå denne proces. Dette arbejdsbesparende råd vandt stor lydhørhed.«

Trods det er den virkelig vanskelighed for neodarwinismen – erkendt eller ej – at sandsynligheden er uhyre lille for at tilfældige mutationer kan stille “DNA-bogstaverne” op sådan at de kan bruges til noget. Ifølge den nødvendige matematik »ville en mutationsmekanisme som man i dag forestiller sig den, komme til kort […], og ikke resultere i så meget som ét nødvendigt gen.«

For at få listet sig omkring denne usandsynlighed har evolutionsbiologen John Maynard Smith så lavet en model for

Allerede Willian Bateson, 1861-1926, forudså at evolutionsbiologerne ville få problemer med “kun én mutation-forestillingen”. »Hvorfor trætte sig selv med at forsøge at forstå denne proces?«

proteinernes evolution. Han mener at ét protein ville kunne udvikle sig til et andet som følge af små trinvise ændringer i aminosyresekvenser – forudsat at hver sekvens fastholder en eller anden funktion på hvert trin på vejen.

I sin model for protein-til-protein-evolutionen har Maynard Smith så sammenlignet med en proces hvor man ændrer ét bogstav i et engelsk ord for at skabe et nyt (mens hvert trin skaber et nyt meningsfuldt ord). Han brugte dette eksempel:

WORD WORE GORE GONE GENE

Og han forklarer: Ordene [i denne analogi] repræsenterer proteiner; bogstaverne betegner aminosyrer; ændringen af et enkelt bogstav svarer til det simpleste trin i evolutionen, udskiftningen af én aminosyre med en anden; og kravet om at hvert ord skal have en betydning, svarer til kravet om at hvert skridt i evolutionen bør ske fra ét funktionelt protein til det næste.

Som selverklæret “overbevist darwinist” er Maynard Smith klar over at den naturlige selektion og tilfældige mutationer kun kan bygge nye biologiske strukturer op fra nogen der allerede eksisterer, hvis hver mellemliggende struktur undervejs i forløbet har nogle tilpasningsmæssige fordele.

Men Maynard Smith render ind i et problem: Hvordan kan et gen eller et protein udvikle sig til et andet hvis en sådan forvandling kræver at der sker flere ændringer i den genetiske tekst samtidigt? Hvis nu det at bygge nye gener kræver rigtig mange koordinerede mutationer, så vil sandsynligheden falde brat for at et nyt gen eller et nyt protein bliver skabt.

Efter Maynard Smiths opfattelse repræsenterer det usandsynlige i “dobbelt-trins-” eller “flertrinskoordinerede” mutationer et betydeligt problem for molekylærevolutionen.

– Alligevel kommer han til den besynderlige konklusion at sådanne mutationer er så usandsynlige at de ikke kan have spillet en væsentlig rolle i evolutionen af nye strukturer.

Det kan vist “oversættes” til følgende: Når matematikken ikke stemmer med virkeligheden, må vi se bort fra virkeligheden.

Maynard Smith fik altså gjort opmærksom på et problem som i flere årtier har ligget tilbage i al ubemærkethed. Som biokemikeren H. Allen Orr påpegede i 2005 i tidsskriftet Nature Reviews Genetics: »Selv om Maynard Smiths arbejde var fremme ret tidligt i den molekylære revolution,« forblev hans tanker om problemerne med proteinevolutionen »næsten helt ignoreret i to årtier.« Således bemærkede Orr at evolutionsbiologer holdt op med at tænke på molekylærevolution som noget der hænger sammen med ændringer på aminosyreniveau, altså ændringer i DNA-koden. Først i det første årti af det 21. århundrede er biologer gået i gang med grundige analyser af sandsynligheden for protein-til-protein-evolutionen. n

“ Vi opfatter nu mutationer som typografiske fejl i den digitale kode. “ En ophobning af mutationer vil typisk resultere i tab af “ “fitness”.

Der skal ikke mange typografiske fejl til før et ord mister betydning. Det gælder også den digitale kode i vores gener hvor selv små mutationer kan lave virkelig ravage. iStockPhoto.com

Tom Woodwards besøg i Danmark har også givet anledning til en artikel på videnskab.dk. I den i for sig positivt-neutrale omtale af Woodwards betænkeligheder ved neodarwinismen diskuteres argumentet om mutationer. Men her går de af videnskab.dk citerede opponenter galt i byen: Selv hvis man godtager tanken om positive mutationer, holder argumentet ikke. For hvis en organisme virkelig skal forvandles, er det protein-evolutionen der er afgørende. Og her viser det sig at én (positiv) mutation ikke er nok. Der skal adskillige ændringer til på en gang for at skabe afgørende nyt i fx en anden kropsstruktur. (En fugl i stedet for en dino.) Som det er sagt: »Molekylærevolution er noget der hænger sammen med ændringer på aminosyreniveau, altså ændringer i DNA-koden«, dvs. der skal ændres i den genetiske tekst. Og trykfejl forbedrer nu engang ikke en given tekst. Se eksemplet på side 25 med at forvandle ordet “word”. – Illustration er et klip fra videnskab.dk.

Der skal som oftest meget lidt til for lave rav i den digitale kode. Meget mindre end man forestiller sig. Men mærkeligt nok forestiller man sig alligevel at fejl i koden kan føre til forbedringer af DNA’et. På trods af at der alene er evidens for det modsatte. iStockPhoto.com