Evolution er udvikling af information

Det er makroevolutionen som er interessant når vi taler evolutionsteori, for i sidste ende må information og kompleksitet opstå på en eller anden måde. Kompleksitet og information går hånd i hånd, men hvordan opstår den nye information?

Al information i livet er ifølge evolutionsteorien opstået ved evolution, og hvert lille skridt har tilført en lille smule ekstra information til det der var “til at begynde med”. En e-mail indeholder information. Hvis e-mailen skal bære information, så må afsenderen have tilføjet den nødvendige information når han skriver den. Hvis han blot sender en email med tilfældige tegn i, får modtageren ingen information. Ifølge evolutionsteorien er genomet modtageren af informationen og stedet hvor informationen skal indbygges. Når der sker en mutation, så vælger den naturlige selektion mellem mutanten og den resterende del af populationen. Det er et enten eller. Er fitness hos mutanten bedre eller dårligere? Skal den bevares eller sorteres fra – det er valget, uanset hvor kompleks den nye mutation er. Den naturlige selektion er på den måde ekstremt nærsynet.

mutant – et individ der afviger fra normalen pga. en mutation, kaldes en mutant

Hvis vi nu laver et laboratorieeksperiment, og opdager at en organisme udviser en lang række nye egenskaber, hvordan vil vi så tolke det? En reaktion vil være at klappe i hænderne og glæde sig over at det held der normalt kun indtræffer én gang for hver million år, har tilsmilet os på blot en måned i laboratoriet. Selv ville jeg nu hurtigt kunne få armene ned og undersøge tingene nærmere. Blot en enkelt ny egenskab eller struktur kræver en lang serie af positive mutationer, men, som vi har set, så kommer de kun i små bidder og bliver prøvet en for en (eller meget få ad gangen) af den naturlige selektion. – Er der flere mutationer på en gang, er risikoen høj for at overfloden af negative mutationer vil ødelægge den eksisterende information og sænke fitness. Hver afprøvning vil resultere i en bevarelse eller en kassering af den nye variation. Med de små skridts muligheder er det utopisk at tro at eksperimentet har vist hvordan tilfældige processer har udviklet nye egen-skaber. Det er langt mere sandsynligt at forsøget har afsløret at kompleksiteten allerede var til stede. Måske har mutationer slået inaktive gener eller genkomplekser til, så de igen er blevet aktive. Fænomenet er faktisk så kendt at det har fået navnet back-mutations – altså mutationer som slår de gener til igen som har været sat ude af spillet. Det er altså ikke mutationen som bærer en ny information. Det er på samme måde som hvis et tandhjul er fjernet fra et ur – uret har til dels bevaret sin kompleksitet, men det fungerer ikke før tandhjulet bliver sat ind igen (back-mutations). Evolutionsteorien fortæller os at al information dannes ved mutationer; men eksempler som dette leverer ikke forklaringen på hvordan det kan ske.

Det er vigtigt at holde to ting adskilt inden vi går videre:

1) En ændring der giver en øget fitness, er ikke det samme som tilførsel af ny information. 2) Vi kan godt tilføre symboler uden at tilføre information.

Fx giver gentagelsen af baserne AGAGAGAGAGAGAGAGAG ingen information. Godt nok er der en vis orden, men det er ikke komplekst. Det er straks sværere at tilføre information uden at tilføre nye symboler. Her kan symboler som ikke giver information, arrangeres så de giver information – som at bytte rundt på bogstaverne og få meningsfyldte ord ud af det. På denne måde mener mange at ny information kan opstå. Et stykke DNA kopieres ved duplikation, og mens det oprindelige stykke DNA er virksomt, “leger” tilfældige processer med dubletten som så kan være heldig en dag at kode for en brugbar information. Selvom det giver nogen gratis forsøg (i den forstand at det ikke koster at lave fejlforsøg med negative mutationer), så vil de nye ændringer ikke blive testet af den naturlige selektion fordi de nye gener ikke vil blive udtrykt og afprøvet. Den naturlige selektion kan kun udvælge det fysiske resultat af den genetiske ændring – den kan ikke “se” generne hvis de ikke udrykkes. Derfor vil disse dubletter næppe spille nogen rolle i organismens fitness og dermed i evolutionen.

Opstår information tilfældigt?

Hvis der opstår en mutation i form af en inversion, og et stykke DNA vendes om, ophører det med at fungere, og det kan være svært at afgøre om det er sket tilfældigt. Men hvis det modsatte sker, så peger alt på at der ikke er tale om tilfældigheder, men om en forud programmeret ændring. Det lader til at inversioner spiller en vigtig rolle i cellerne. En af de ting der viser at inversioner ikke er tilfældige, er at de styres af et helt sæt af specielle enzymer27 . DNA-strengen kan ikke bare åbnes og lukkes som om de enkelte dele var forbundet med magneter – der skal specielle enzymer til for at klippe strengen op. Nogle af de enzymer inversionerne skal bruge, findes ligefrem i den sekvens der bliver flyttet, mens andre findes andre steder i genomet. Inversionerne virker som kontakter og ikke som en tilfældig tilførsel af nye egenskaber, som evolutionsteorien hævder. Den DNA-sekvens der bliver flyttet rundt, har også specielle indikatorer på enderne som genkender dem ved flytning, for det er vigtigt at der bliver klippet de rigtige steder, så eksisterende (og det flyttede) DNA ikke bliver klippet i stykker og mister funktionen. Chancen er ekstremt lille for at en indklipning kan ske præcist det rette sted, så DNA’et får en brugbar kode. Blot en forrykning med en enkelt base vil gøre koden helt ulæselig. Selvom det skulle lykkes at indsætte DNA-stykket det korrekte sted, så har vi stadigvæk ikke forklaret hvordan koden opstod.

Der skal mange mutationer til for at opbygge den information der findes i fx det menneskelige DNA. Hvis informationen til den genetiske kode blev omskrevet til latinske bogstaver og udgivet i bogform, ville den fylde over 50 hyldemeter, og hver eneste af vores flere milliarder celler har en kopi. Hvert minut bliver der kopieret tusindvis af nye celler, og hvis der skal laves kopi af en celle, så skal DNA’et også kopieres. Det vil – som vi har set ovenfor – være mærkeligt hvis der ikke sneg sig fejl ind i “teksten”. Og det er bl.a. her i kopieringen at de fejl kan opstå som evolutionister mener i heldige tilfælde kan levere råstoffet til ny tekst med ny information. Det sker bare ikke ofte nok, og som nævnt er der en øvre grænse for hvor mange mutationer man kan tillade uden at cellen tager skade.

De organismer der kan tåle den største mængde mutationer, er bakterier. For hver milliard kopier sker der imellem 0,1 og 10 fejl i baserne28 29 . For alle andre organismer er tallet lavere med én fejl for hver 10 milliarder kopier. Denne meget lille fejlrate har sin grund i den føromtalte korrekturfunktion der findes i cellen30 . Evolutionsteorien mener at den mekanisme har udviklet sig, men hvorfor skulle det være en fordel med en sådan mekanisme? Det kan kun betyde at cellen har brug for at beskytte sig imod negative mutationer der kan ødelægge genomet. Noget helt umuligt

Lad os se på chancerne for at slå plat og krone. Chancen for at få krone er 50%. At få to efter hinanden er 25% osv. Og for nu at sætte sagen lidt i perspektiv i forhold til de odds den genetiske kode er oppe imod, kunne vi jo spørge: Hvad er chancen for at få fx 150? Det skulle vel ikke være så uoverkommeligt – men det er det faktisk! Chancen er én til 1045 (2150), så du skal altså kaste din mønt 1045 gange for rent statistisk at kunne få krone 150 gange på stribe.

Det tager også tid at kaste med en mønt, for du skal kaste, kontrollere resultatet og samle mønten op igen. Men lad os antage at du er superhurtig og kan gøre disse tre ting 150 gange på ét sekund. Der er kun 3 milliarder sekunder på 100 år, så selvom du fik

hjælp fra tusind superhurtige mennesker som dig selv, kunne I kun kaste tre trillioner gange på 100 år –det er 3x1012, og herfra er der langt til de 1045. Computere er hurtige, så vi lader dem gøre arbejdet. I stedet for at lave en serie på 150 kast på et sekund, laver computeren en milliard forsøg i en trilliontedel af et sekund.

Du har alligevel stadig brug for hjælp. Stil 10 milliarder computere op, og lad hvert menneske i verden sidde og kontrollere én eller to skærme for at se om du får krone 150 gange i træk. Med risiko for at nogle af kontrollanterne mister interessen for den gode sag, lader vi kun forsøget køre i 3000 år. Men det giver alene 1042 forsøg, og vi skulle have prøvet 1045 gange. Ok, det giver i det mindste en tusindedel chance for at have opnået at slå krone 150 gange i træk.

Når vi siger noget er umuligt, så mener vi ofte at det er så usandsynligt at vi regner chancen for lig nul. Sidder vi med 150 mønter foran os, vil vi nok bruge ordet umuligt hvis vi blev bedt om at lave 150 gange krone i et hug. Selv hvis du hørte om en der påstod at han havde gjort det, ville du nok ikke være så naiv at tro at det var sket tilfældigt; der har nok været snyd med i spillet!

27 Darnell, J..E., H. F. Lodish, and D. Baltimore, (1986). Molecular Cell Biology. New York: Scientific American Books. 28 Fersht, A. R. (1981). DNA Replication Fidelity, Proceedings of the Royal Society (London), vol. B 212, pp. 351-379. 29 Drake, J. W., (1991). Spontaneus Mutation, Annual Reviews of Genetics, vol. 25, pp. 125-146 30 Afsnittet Celler laver fejl i DNA, side 8

Et af budene på hestens evolution Eksemplet her har måske givet dig en lille fornemmelse for små sandsynligheder.

Hvad er chancen for at der sker en ændring der kan opbygge information og kompleksitet hos en organisme?

Krav til makroevolutionen

Her følger nogle kriterier der er nødt til at være opfyldt, for at vi kan sige at råmaterialet til makroevolutionen er leveret; eller for at sige det på en anden måde, individet skal have opnået en højere fitness end den resterende del af den population det lever blandt.

1. Ændringen skal være arvelig. 2. Ændringen skal være positiv og give en øget fitness til organismen. 3. Den skal opbygge en serie af gavnlige mutationer, og hvert trin skal i sig selv have en selektiv fordel. 4. Den positive ændring skal undgå de nærliggende risici for at blive udraderet af tilfældige hændelser. 5. Ændringen skal tilføre ny information til DNA’et, så det bliver længere med en serie sammenhængende positive mutationer.

Spetner har studeret kilderne hos evolutionsbiologerne. Og fordi tallene hidtil ikke har været defineret, har han i flere tilfælde selv estimeret og måttet argumentere for de tal han har brugt i beregningerne. I bogen Not by Chance31 kan du følge hans beregninger mere detaljeret end jeg gengiver dem her. Han lader alle tvivlsspørgsmål og antagelser komme evolutionsteorien til gode.

Den gennemsnitlige mutationsrate for dyr har man beregnet til 10-10. Ændringen skal opfylde de her nævnte kriterier. Der er ingen der véd hvor små skridt der skal til for at skabe en ændring, men vi lader eksemplet tale til fordel for evolutionsteorien og bruger det mindst mulige skridt i vores tankeeksperiment, nemlig en udskiftning af en enkelt base. I praksis kan det føre til at alle aminosyrer bliver udskiftet med en anden, men da der er maksimalt tre udskiftningsmuligheder for hver aminosyre, er den mulige ændring temmelig begrænset. G. Ledyard Stebbins, som også er en af arkitekterne bag den moderne evolutionsteori, mener at det kræver 500 tilfældige trin for at skabe en ny art32 – så det tal bruger vi. Nu mangler vi at finde ud af hvor mange generationer der skal til for at en ændring indtræder. Et af de længste udviklingsforløb står hesten for, og den påstås at have udviklet sig fra en lille fir-tået

31 Spetner, Not by Chance. 32 Stebbins, G. L. (1966). Processes of Organic Evolution, Englewood Cliffs: Prentice Hall.