microbik.ru
1 2 3
ДНК и другие дизайны
Стефан Мейер
На протяжении 2 тысячелетий аргумент дизайна обеспечивал интеллектуальную основу для большей части Западного мышления. От классической античности до подъема современной науки ведущие философы, теологи и ученые - от Платона до Аквинского и до Ньютона – отстаивали точку зрения, что природа демонстрирует дизайн предсуществуещего разума или интеллекта. Более того, для большинства Западных мыслителей, идея того, что материальная вселенная отражала цель и дизайн предсуществуещего разума, Творца, служила людям гарантией чувства цели и значимости. Но сегодня, почти в каждой академической дисциплине, от юриспруденции до литературной теории, от науки о поведении до биологии, исконно материалистическое понятие человечества и его места во вселенной стали доминирующими. Свободная воля, значение, цель и Господь, стали отрицательными терминами в научном сообществе. Материя включила в себя разум; космос заменил Творца.
Причины такого интеллектуального изменения, несомненно, сложны. Пока понятно, что крушение аргумента дизайна сыграло существенную роль в потере традиционной Западной веры. Начиная с эпохи Просвещения, такие философы как Дэвид Юм выдвинули мощные на вид возражения против аргумента дизайна. Юм заявил, что классические аргументы о дизайне основывались на слабой и ошибочной аналогии между биологическими организмами и предметами, сделанными людьми. Тем не менее, для большинства не аргументы философов, а теории исследователей, особенно Чарльза Дарвина, опровергали дизайн. Если бы происхождение биологических организмов можно было бы объяснить естественным путем, как заявлял Дарвин, тогда объяснения, вовлекающие разумного Творца, были бы ненужными и даже бессодержательными. Действительно, как это выразил Ричард Доукинс, это был "Дарвин, кто сделал возможным быть интеллектуально зрелым атеистом".
Итак, с конца XIX столетия большинство биологов откинули идею того, что живые организмы являют свидетельство Разумного Замысла. В то время как многие признают видимость дизайна в биологических системах, они настаивают на том, что Дарвинизм или Неодарвинизм объясняет, как это проявление возникло натуралистическим образом, т.е. без вовлечения направляющего интеллекта. Следуя Дарвину, современные неодарвинисты вцелом согласны с тем, что естественный отбор, работающий со случайными изменениями, может объяснить появление дизайна в живых организмах.
Независимо от того, как сильна объяснительная сила Дарвинизма (или современного неодарвинизма), наличие дизайна в одной существенной сфере биологии не может быть так просто объяснено. В течение второй половины XX столетия достижения в молекулярной биологии и биохимии произвели революцию в нашем понимании миниатюрного мира в клетке. Исследования показали, что клетки – фундаментальные единицы жизни – хранят, передают, редактируют информацию и используют эту информацию для регулирования своих наиболее фундаментальных метаболических процессов. Далеко не будучи простыми «однородными частицами плазмы», как считал Геккель и другие биологи в 19 ст., клетки на сегодняшний день описываются как «распределительные компьютеры» или «сложные системы, обрабатывающие информацию».
Конечно же, Дарвин не знал об этих сложностях, и не пытался объяснить их происхождения. Вместо этого, теория биологической эволюции пыталась объяснить, как жизнь могла постепенно превратиться в более сложную, начиная с «одних из наиболее простых форм». Следовательно, строго говоря, те, кто настаивает на том, что чисто натуралистический материализм Дарвина может объяснить появление дизайна в биологии, преувеличивают их доказательство. Сложности в микрокосмосе клеток требуют объяснения. Пока они находятся вне сферы биологической эволюционной теории, которая скорее предполагает, чем объясняет, существование изначальной жизни и необходимой информации.
Теория Дарвина пыталась объяснить происхождение новых форм жизни от более простых. Она не объясняла, как первая жизнь – предположительно простая клетка – могла возникнуть изначально. Тем не менее, в 1870-х и 1880-х исследователи предположили, что придумывание объяснения происхождения жизни будет весьма легким. Прежде всего, они утверждали, что жизнь была преимущественно простой субстанцией, называемой протоплазмой, которую легко можно было сконструировать, объединяя и комбинируя простые химические вещества, такие как углекислый газ, кислород и азот. Ранние теории происхождения жизни отражали этот взгляд. Геккель уподобил клетку, «автогенез», как он ее назвал, процессу неорганической кристаллизации. Английский единомышленник Геккеля, Хаксли, предложил простой двухэтапный метод химического воссоединения для объяснения происхождения первой клетки. Так же как и соль можно произвести спонтанно, добавляя натрий к хлору, как думали Геккель и Хаксли, так и живую клетку возможно было бы произвести, соединяя вместе несколько химических элементов, затем, разрешая самопроизвольно химическим реакциям производить простую протоплазматическую субстанцию, которая, как они полагали, была сущностью жизни.
На протяжении 1920-х и 1930-х более усложненная версия так называемой «теории химической эволюции» была предложена русским биохимиком Александром Опариным. Опарин владел более правильным пониманием сложности клеточного метаболизма, чем его предшественники. Но ни он, и никто другой в то время не понимали полностью сложности таких молекул как протеины и ДНК, которые делают жизнь возможной. Опарин, как и его предшественники XIX ст., выразил мнение, что жизнь могла сначала эволюционировать в результате нескольких химических реакций. В отличие от своих предшественников, тем не менее, он предвидел, что процесс химической эволюции включил бы многие другие химические трансформации и реакции, и что на это потребовалось бы много сотен миллионов лет.
Первая экспериментальная поддержка гипотез Опарина появилось в декабре 1952 года. Работая над научным трудом под руководством Гарольда Урея в Чикагском университете, Стэнли Миллер пропустил газовую смесь метана, аммиака, водяной пары и водорода сквозь стеклянный сосуд, содержащий камеру с электрическим разрядом. Миллер послал сильный электрический разряд в камеру через вольфрамовую нить, пытаясь симулировать влияние ультрафиолетового света на газы в добиологической атмосфере. Спустя два дня Миллер увидел маленький (2%) процентный выход аминокислот в U-образной ловушке, которую он использовал для собирания продуктов реакции.
Успех Миллера в производстве биологически значимых «структурных элементов» при якобы добиологических условиях был объявлен крупным достижением. Его эксперименты, казалось, обеспечат экспериментальную поддержку теории химической эволюции Опарина, показывая, что существенный этап в сценарии Опарина – производство структурных элементов из простого состава атмосферы – был возможным и на ранней стадии жизни. Экспериментальные результаты Миллера практически в одночасье придали модели Опарина статус ортодоксии в учебниках. По большому счету, благодаря Миллеру, сегодня химическая эволюция в рабочем порядке представлена как в учебниках по биологии в школах, так и в университетах, в качестве принятого научного объяснения происхождения жизни.
Все же, как мы увидим, химическая теория эволюции на сегодняшний день пронизана сложностями; сегодня труд Миллера воспринимается сообществом исследователей происхождения жизни не соответствующим, если вообще уместным, для объяснения того, как аминокислоты, не говоря уже о протеинах или живых клетках, могли появиться на ранней стадии жизни.
Когда Миллер провел свой эксперимент, он предположил, что атмосфера земли состояла из смеси, как их называют химики, «восстановительных газов», как метан, аммиак и водород. Он также допускал, что атмосфера земли практически не содержала свободного кислорода. В последующие после эксперимента годы, однако, новые геохимические свидетельства показали, что предположения Опарина и Миллера о ранней атмосфере были неверными.
Наоборот, свидетельства убедительно указывали на то, что нейтральный газы – а не метан, аммиак и водород – доминировали на ранней стадии жизни. Более того, большая часть геохимических исследований показала, что значительное количество свободного кислорода присутствовало даже до появления жизни на планете, вероятно, как результат вулканической дегазации и фотодиссоциации водяного пара. В химически нейтральной атмосфере реакции между атмосферными газами не будут проходить охотно и быстро. Более того, даже небольшое количество атмосферного кислорода прервет выработку структурных элементов и станет причиной резкой деградации любых биомолекул.
Как было известно еще до эксперимента Миллера, аминокислоты охотно формируются в соответствующей смеси восстановительных газов. Что сделало эксперимент Миллера существенным, было не производство аминокислот как таковых, а их выработка при якобы правдоподобных добилогических условиях. Как Миллер сам выразился: «В этом механизме попытка была сделана для копирования примитивной атмосферы на земле, а не для получения оптимальных условий для формирования аминокислот». Сейчас, однако, единственная причина продолжать предполагать существование химически восстановительной добиологической атмосферы - это то, что теория химической эволюции требует этого.
Как ни странно, даже если мы предположим на минуту, что газы, которые были использованы Миллером, действительно симулируют условия на этапе ранней жизни, его эксперименты непреднамеренно продемонстрировали необходимость разумного агента. Даже удачные моделирующие эксперименты требуют вмешательства экспериментаторов во избежание того, что называется «взаимно влияющими перекрестными реакциями» и других химически деструктивных процессов. Без вмешательства человека, эксперименты, подобные тем, что выполнял Миллер, постоянно производят небиологические субстанции, которые превращают аминокислоты в соответствующие небиологические соединения.
Эксперименты предотвращают это, перемещая химические продукты, которые сокращают нежелательные перекрестные реакции. Они также используют другие неестественные вмешательства. Имитационные эксперименты в основном использовали свет только с короткой длиной волны, а не с обеими – короткой и длинной волной ультрафиолетового света, которые бы присутствовали в любой реальной атмосфере. Почему? Присутствие длинной волны УФ света быстро разрушает аминокислоты.
Такие манипуляции составляют то, что химик Майкл Полянви называл «серьезным информативным вмешательством». Они, кажется, «симулируют» потребность в «интеллектуальном агенте» для преодоления различных влияний естественных химических процессов. Все же, еще более фундаментальная проблема остается для всех сценариев химической эволюции. Даже если бы продемонстрировали, что структурные элементы необходимых молекул могут возникать при действительных добиологических условиях, остается проблема объединения этих структурных элементов в функциональные протеины или цепи ДНК.
Для формирования протеина аминокислоты должны соединиться вместе для образования цепи. Хотя аминокислоты формируют протеины, только если они принимают очень специфические, последовательные расположения, подобно размещению букв в английском алфавите. Итак, аминокислоты сами по себе не образуют протеинов, также так, как и буквы, сами по себе не образуют слов, предложений и стихов. В этих случаях, последовательность неразрывных частей обуславливает функционирование (или его отсутствие) в целом. Объяснение происхождение специфических последовательностей в протеинах (и ДНК) находится в самом сердце текущего кризиса в материалистическом эволюционном мышлении.
Биологи со времен Дарвина до конца 1930-х предполагали, что секрет функционирования протеина возник из ему подобной простой структуры, объяснимой посредством ссылки на математические законы. Тем не менее, начиная с 1950-х, биологи сделали множество открытий, которые привели к изменению этого упрощенного взгляда. В начале 1950-х молекулярный биолог, Фред Зангер, определил структуру протеиновой молекулы инсулина. Работа Зенгера показала, что протеины созданы из длинных и беспорядочно размещенных последовательностей аминокислот, скорее похожых на беспорядочно размещенный ряд окрашенных маркерных шариков. Позже, в 1950, работа Эндрю Кэндрю о структуре протеина миоглобина показала, что протеины также проявляют удивительную трехмерную сложность. Далеко от простых структур, которые биологи себе представляли, работа Кэндрю обнаружила необычайно сложную структуру и нерегулярную трехмерную форму – извилистую, поворачивающуюся и запутанную цепочку аминокислот.
В течение 1950-х ученые быстро осознали, что протеины обладают еще одним поразительным свойством. Вдобавок к своей сложности, они также проявляют специфичность. Тогда как протеины складываются из более простых химических, структурных элементов, известных как аминокислоты, их функции (либо это ферменты, переносчики сигналов или структурные компоненты в клетке) зависят критически от сложной, но специфической последовательности этих структурных элементов – малейшие изменения в последовательности могут быстро привести к потере функции.
Специфическая последовательность аминокислот в протеинах является причиной особенных трехмерных структур протеинов. Эта структура или форма, в свою очередь, определяет функцию, которую цепь аминокислот может выполнять внутри клетки. Для функционирующего протеина его трехмерная форма придает ему соответствие типа «рука-перчатка» к другим молекулам в клетке, предоставляя ему возможность катализировать специфические химические реакции или создавать специальные структуры в клетке. По причине такой специфичности один протеин обычно не может заменить другого, как один инструмент не заменяет другого. Топоизомераза не может выполнять работу полимеразы, как топор не может выполнять функцию паяльника. Протеины могут выполнять функции только благодаря специфике их трехмерного расположения, подходящего другим в равной степени специфичным и сложным молекулами в клетке. Эта трехмерная особенность возникает в свою очередь из одномерной специфики последовательности в расположении аминокислот, которые формируют протеины.
Как могли такие сложные, но специфические структуры возникнуть в клетке? Вопрос встал с особенной неотложностью после того, как Занглер показал свои результаты в начале 1950-х. Протеины казались слишком сложными и функционально определенными, чтобы появиться случайно. Более того, принимая во внимание их нерегулярность, казалось маловероятным то, что общий химический закон или регулярность определяли их расстановку. Вместо этого, как Жак Монод вспоминал, молекулярные биологи начали искать новый источник информации в пределах клетки, который могла бы управлять формированием этих чрезвычайно особенных структур. Для объяснения присутствия всей этой информации в протеине, Монод объяснял позже, «Вам абсолютно необходим был код».
В 1953 Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик выявили структуру молекулы ДНК. Скоро после этого, молекулярные биологи обнаружили, как ДНК хранит информацию, необходимую для направления синтеза протеинов. В 1955 году Фрэнсис Крик первым предложил «гипотезу последовательности», которая предполагала, что специфика аминокислот в протеинах возникает из специфического расположения химических элементов в молекуле ДНК. Согласно гипотезе последовательности, информация в молекуле ДНК хранится в форме специфически расположенных химических веществ, которые называются нуклеотидными основами, расположенными вдоль «позвоночника» спиральных нитей ДНК. Химики представляют эти 4 нуклеотидных основы буквами A, T, G и C (соответственно аденин, тимин, гуанин и цитозин). К 1961 году гипотеза последовательности стала частью так называемой «центральной догмы» молекулярной биологии, так как серии удачных экспериментов подтвердили информационные способности ДНК.
Как выясняется, специальные участки молекулы ДНК, названные кодирующими участками, обладают таким же свойством «специфичности последовательности» или «специфичной сложности», которая характеризирует записанные коды, лингвистические тексты и протеиновые молекулы. Также как и буквы в алфавите письменного языка могут передавать особенное сообщение, в зависимости от их расположения, точно также делают и последовательности нуклеотидных основ (A’s, T’s, G’s и C’s), записанных вдоль «хребта» молекулы ДНК, передают точный набор инструкций для образования протеинов в клетке. Нуклеотидные основы в ДНК функционируют также как символы в машинном коде. В каждом случае последовательность символов определяет функцию последовательности в целом. Как отметил Ричард Доукинс: «Машинный язык генов чрезвычайно похож на компьютерный». В случае с компьютерным кодированием специфическая расстановка хотя бы двух символов (0 и 1) достаточна для передачи информации. В случае с ДНК, сложная, но точная последовательность 4-х нуклеотидных основ (A, T, G, и C) хранит и передает информацию, необходимую для образования протеинов. Итак, специфичность последовательности протеинов происходит из предшествующей специфичности последовательности – из информации, закодированной в ДНК.


следующая страница >>