Forklaring på komplekse tilpasninger

Matematik & makroevolution (3). Eksperimenter viser at det er praktisk taget umuligt at få ét protein til at fungere som et andet, også dér hvor de to proteiner er næsten ens. Derfor har den neodarwinistiske mekanisme aldrig kunnet bruges som

Tekst: Knud Aage Back & Ove Høeg Christensen

The Edge of Evolution og dens kritikere Meyer fortæller så om ID-forskeren Behe der har skrevet bogen The Edge of Evolution [“Grænser for Evolution”]. Heri redegør Behe blandt andet for populationsgenetikkens matematiske beregninger. Bogen er selvfølgelig blevet mødt med hån, spot og latterliggørelse.

Men her bliver historien rigtig interessant. Kort efter udgivelsen af The Edge of Evolution forsøgte to biologer fra Cornell University, Rick Durrett og Deena Schmidt, at bruge matematikken til at tilbagevise Behes konklusion ved at lave deres egne beregninger.

De har så lavet en model til beregning af den tid der skal til for at skabe to koordinerede mutationer i *hominidlinjen [*dvs. menneskets afstamningslinje fra “den fælles forfader”]. Selv om de søgte det modsatte, viste deres resultater alligevel at man ikke skal stole på den neodarwinistiske mekanisme. Den vil efter al sandsynlighed ikke kunne få skabt de nødvendige koordinerede mutationer inden for den relevante evolutionære tidsskala.

ID-forskeren Behe var nået frem til flere hundrede millioner år; deres beregning gik “kun” på 216 millioner år for at generere og fastholde to koordinerede mutationer i “menneskelinjen” – altså mere end tredive gange så lang tid som man ellers regner med det har taget at skabe mennesker og chimpanser ud fra deres påståede fælles forfader – så forskellige de to skabninger nu er.

I forsøget på at tilbagevise Behe kom Durrett og Schmidt således uforvarende til at bekræfte hans vigtigste påstand, nemlig at skabelsen af to eller flere koordinerede mutationer »højst sandsynligt ikke kan ske inden for en rimelig tidshorisont.«

For at sige det kort, beregninger udført af både kritikere og forsvarere af den neodarwinistiske tanke om evolution når nu frem til den samme konklusion: Hvis koordinerede mutationer er nødvendige for at skabe nye gener og proteiner, så gendriver matematikken bag populationsgenetikken muligheden for at den neodarwinistiske mekanisme kan klare opgaven.

Er der brug for koordineret selvsupplering? Men er det nu sådan at skabelse af nye gener og proteiner kræver koordinerede mutationer?

Mange proteiner er afhængige af en samling aminosyrer der agerer i tæt samarbejde med henblik på at udføre deres funktioner. Det er nemlig sådan at disse systemer vil miste funktionen hvis bare en eller et par proteiner eller egenskaber mangler.

Nogle neodarwinister har foreslået en protein-evolution-model som de kalder for “co-option”, selvsupplering. I denne model er et protein der udfører én funktion, forvandlet eller “selvsuppleret” til at udføre en ny funktion. Man forestiller sig at nye funktioner der

Populationsgenetikken. Matematikken bag neodarwinismes mekanisme afslører at billedet med evolutionsstigen er helt umuligt. Mængden af lykketræf (= koordinerede tilfældige forandringer) i genomet for hvert trin på stigen er så stor at

den såkaldte ventetid vil overstige universets alder. Foto iStockPhoto.com

Her ses det første protein, myoglobin, hvis struktur blev afdækket ved hjælp af røntgenkrystallografi. Proteinets 3D-struktur er her gengivet sådan: De turkise “spaghettibånd” er alfa-helixer. Til højre i midten ses blandt spolerne, en protese-gruppe ved navn hæmoglobin-gruppe (vist i gråt) med et tilknyttet oxygen/ilt-molekyle (rødt). – Det er et sådant tilsvarende kompliceret molekyle man forestiller sig vil kunne “omstilles” til en ny funktion vha. et par tilfælde fejl i koden. Engelsk Wikipedia. © By AzaToth - self made based on PDB entry, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68596

“ En ophobning af mutationer vil typisk resultere i tab af “fitness”.

kræver adskillige “mutationer”, kan opstå trin-for-trin idet der opstår et protein, “protein B”, fra et andet protein der manglede disse funktioner, “protein A”.

Man forestiller sig at disse første ændringer kan have gjort protein A i stand til at udføre en eller anden anden fordelagtig funktion end det kunne i forvejen. Dermed ville det kunne bruges af den naturlige selektion og dermed forhindre protein-evolutionen i at gå i stå pga. forringelse i eller tab af den oprindelige funktion. Hvis mutationerne så kunne fortsætte med at skabe nye proteiner med bare lidt anderledes funktioner, ville der være skabt et protein tæt nok i sekvens og struktur til at bare en eller meget få yderligere ændringer ville være tilstrækkelig til at omdanne det til protein B.

Fantasien testet Da Douglas Axe og hans kollega, molekylærbiologen Ann Gauger, var blevet opmærksomme på disse fantasifulde scenarier, besluttede de sig for at sætte dem på en raffineret test. Dermed ville de afsøge betingelserne for om evolutionen af nye flerkoordinerede funktioner i realiteten kræver flere koordinerede mutationer, eller om en sådan funktion i stedet kunne opstå ved selvsupplering.

Axe og Gauger var derfor på udkig efter proteiner der er så ens som muligt, men som alligevel udfører forskellige funktioner. De fandt to proteiner. Det ene protein, Kbl 2 , kan nedbryde aminosyren threonin, og det andet, BioF 2 , bruges til opbygning af vitaminet biotin.

Nu gjaldt det for Gauger og Axe om at forvandle Kbl 2 til et protein der udfører BioF 2 ’s funktion. Og det skulle ske vha. blot én eller meget få koordinerede aminosyre-ændringer. Hvis det lykkedes, ville de have påvist at der findes to proteiner der i deres sekvensopbygning ligner hinanden så meget at det ene kan forvandles til det andet; og det sådan at proteinet med rimelig sikkerhed kan få en ny funktion inden for en passende evolutionær tidsramme; og at det kan ske på den måde der forudses af fortalere for neodarwinismen: ved selvsupplering.

Men Axe & Gauger fandt ud af at de ikke kunne fremprovokere den funktionsændring de søgte, hverken med en enkelt eller med et lille antal aminosyrer. Ja, de nåede faktisk frem til at de ikke kunne få Kbl 2 til at opføre sig som BioF 2 selv om de muterede et større antal samordnede aminosyrer – det vil sige, selv hvis de fik lavet flere koordinerede mutationer end der på nogen måde ville kunne forekomme tilfældigt (naturligt) i hele evolutionens historie.

Selv om deres forsøg på at konvertere Kbl 2 til at udføre BioF 2 ’s funktion mislykkedes, gjorde deres eksperiment ikke. De kunne dermed for første gang eksperimentelt slå fast at selvsuppleringshypotesen om protein-evolutionen mangler troværdighed. – Ganske enkelt fordi der skal alt for mange koordinerede mutationer til for at få ændret et proteins funktion til et andet, også selv hvor det handler om næsten ens proteiner. Dermed følger at skal der skabes nye gener og proteiner, vil det kræve utallige, koordinerede mutationer, og dermed bliver ventetiden, som Behe og Snoke har beregnet, virkelig et problem for den neodarwinistiske teori.

Hvad det alt samme betyder Behovet for koordinerede mutationer betyder at evolutionsbiologerne ikke bare kan gå ud fra at mutationer let vil kunne skabe nye gener og egenskaber. Bruger man de matematiske modeller der er baseret på standardprincipper i populationsgenetikken på problemet med genernes egen oprindelse, kommer man til ét resultat: For at få skabt det antal multi-koordinerede mutationer der er nødvendige for at producere blot ét nyt gen eller et protein, skal man regne med usandsynlig lang tid (den såkaldte “ventetid”), meget længere end livet har eksisteret på jorden. Således har biologerne her påvist det helt usandsynlige i at den neodarwinistiske mekanisme kan generere ny genetisk information.

Der er en afsluttende ironi i alt dette: Hvor matematikken bliver brugt [som i fysikken] på evolutionsteorien, tegner der sig et klart billede: Nemlig at der i dag er evidens for at den neodarwinistiske mekanisme ikke kan bygge de komplekse, nye informationsrige gener og proteiner op der skal til for at skabe Kambriums dyreliv. For at bruge en metafor som Tom Frazzetta ville værdsætte, har slangen ædt sin egen hale! n