Neredukovatelná struktura života – autopoiéze

pavelkabrt Fakta pro stvoření Napsat komentář

Alex Williams

(Z Creation.com přeložil M. T. – 9/2011)

Běžně citované důkazy pro inteligentní plán se týkají:

  1. neredukovatelné složitosti
  2. některých aspektů života.

Komplexní argumentace však vyžaduje komplexní protiargumenty (přesvědčivé tak či onak), a tvrzení, že pouze některé aspekty života jsou neredukovatelně složité, znamená ve svém důsledku, že jiné aspekty tuto vlastnost nemají, což běžného člověka nepřesvědčí. V tomto pojednání užívám jinou zásadu – auto poiéze (Autopoiéze – tvorba sebe sama) – , abych ukázal, že všechny aspekty života se vymykají přírodovědným vysvětlením. Autopoiéze tak posiluje důkazy pro inteligentní plán ve třech rovinách: (i) autopoiéze je univerzální ve všech živých organizmech, což z ní dělá nezbytný předpoklad života, nikoli konečný produkt přírodního výběru; (ii) nepřímo-příčinnou, informacemi poháněnou, strukturovanou hierarchii autopoiéze nelze zredukovat na fyzikální a chemické zákony; a (iii) existuje nepřekonatelná propast mezi chemií přírodního prostředí pracující se špinavou hmotou a perfektně čistou přesností biochemie pracující s jedinou molekulou. Námitky přírodovědců k těmto tezím proberu v části II svého pojednání.

Vločky sněhu – fotografie Kenneth G. Libbrecht.
neredukovatelna_struktura_zivota_-_autopoieze_1-redukovatelna_struktura.jpg
Obrázek 1. Redukovatelná struktura. Sněhové vločky (vlevo) mají tvar šestiúhelníku, protože voda krystalizuje v led v šestiúhelníkovém vzorci (vpravo). Sněhová vločka se tedy může zredukovat (vysvětlit v pojmech) na strukturu ledových krystalků. K tvorbě krystalů dochází při poklesu teploty okolí spontánně. Molekuly páry s vysokou energií jsou uzavřeny do prostorových vazeb, přičemž se do okolí uvolní teplo a tak se zvýší entropie systému v souladu s druhým zákonem termodynamiky.

Základní zásadou teorie inteligentního plánu (ID) je tato teze: „některé biologické systémy jsou tak složité, že mohou fungovat pouze tehdy, jsou-li přítomny veškeré jejich složky, takže se systém nemohl vyvinout z nějakého jednoduššího organizmu, který neobsahoval zmíněný kompletní aparát“ (1). Tohle je definice takzvané neredukovatelné složitosti, kterou použil biochemik Michael Behe ve své populární knize Darwinova černá skříňka (2), ve které poukázal na příklady jako je kaskáda koagulačního systému a protony poháněný molekulární motor bakteriálního bičíku. Protože se však Behe opíral o teorii složitosti, jeho odpůrci předložili důkazy o mnoha stejně složitých redukovatelných systémech (3), a protože tvrdil, že pouze některé z aspektů života jsou neredukovatelně složité, otevřel tak prostor tvrzení, že většinu živých struktur lze vysvětlit na základě přírodních věd. V důsledku těchto dvou faktorů zůstává koncepce inteligentního plánu kontroverzní a obecně za nedokázanou.

V tomhle článku se budu snažit dokázat, že všechny aspekty života svědčí o inteligentním plánu; budu se přitom opírat o koncept, který evropský polyhistor profesor Michael Polanyi, člen britské Královské vědecké společnosti, nazval v článku v časopisu Science z roku 1968 „neredukovatelná struktura života“ (4). Polanyi tvrdil, že živé organizmy mají strukturu podobnou strojům, kterou nelze vysvětlit (či zredukovat na) fyziku a chemii molekul, ze kterých se skládají. Tahle koncepce je jednodušší a má širší platnost než Beheho koncepce neredukovatelné složitosti, a týká se veškerého života, nikoli pouze některých jeho aspektů.

Povaha a původ biologického plánu

Biologové jednohlasně obdivují zázrak krásných „vzorů“ přítomných u živých organizmů a často se s odporem odvracejí od příšerných „řešení“ patrných na parazitech a predátorech a zajišťujících přežití jim i jejich druhu. Pro darwinistu jde však v obou případech jen o „zdánlivě naplánované vzory a řešení“ – o konečný výsledek milionů let flikování mutacemi a jemného dolaďování přírodním výběrem. Nemluví o kosmickém Plánovači, pouze o dlouhém a „slepém“ procesu přežívání nejzdatnějších (5). Darwinista také soudí, že totéž se musí týkat i samotného původu života – muselo tehdy jít o náhlou, nově vzniklou vlastnost hmoty. Nově vzniklá vlastnost systému je dána jeho určitým zvláštním uspořádáním, se kterým se obvykle nesetkáváme, ale které se může přirozenou cestou objevit, jsou-li k tomu v jeho prostředí ty správné podmínky. Například vír tornáda je nově vzniklý jev daný pohyby v atmosféře a teplotními spády. Evolucionisté proto donekonečna pátrají po oněch zvláštních podmínkách v prostředí, za kterých by mohla vzniknout první série makromolekul založených na uhlíku (6), která by pak nastoupila dlouhou cestu ke vzniku života. Kdyby se jim někdy podařilo najít ony jedinečné podmínky prostředí, pak by byli s to vysvětlit život pomocí fyzikálních a chemických pojmů. Život by pak tedy bylo možno zredukovat na známé zákony fyziky, chemie a na podmínky v prostředí.

Polanyi však tvrdil, že tvar a funkce různých částí živých organizmů nelze zredukovat na (či vysvětlit v pojmech) zákony fyziky a chemie, takže život se jeví jako neredukovatelná struktura. Nespekuloval přitom o původu života; pouze tvrdil, že by vědci měli být ochotni uznat, že je něco nemožné, když už se s tím jednou setkají:

„Rozpoznání jistých zásadních nemožností stálo u zrodu některých hlavních fyzikálních a chemických zákonů; podobně povede správným směrem uznání nemožnosti pochopit živé organizmy pomocí fyzikálních a chemických pojmů, aniž by to znamenalo omezování našeho porozumění životu“ (7).

Redukovatelné a neredukovatelné struktury

Abychom správně pochopili Polanyiho představu neredukovatelné struktury, musíme se nejdříve zabývat strukturou redukovatelnou. Vločky sněhu na obrázku 1 jsou právě příkladem redukovatelné struktury.

Meteorologové popsali asi osmdesát různých základních tvarů sněhových vloček, a jemné variace na tahle témata přispívají dál k tomuto bohatství a vytvářejí prakticky nekonečně pestré spektrum konkrétních tvarů. Všechny však vznikají z jediného druhu molekuly – vody. Jak je to možné?

neredukovatelna_struktura_zivota_-_autopoieze_2-redukovatelna_struktura.jpg Obrázek 2. Neredukovatelná struktura. Stříbrné mince (vlevo) se vyznačují plochostí, kulatostí a reliéfy na svých stranách i na lemech – vlastnostmi, které nelze vysvětlit pomocí pojmů pro krystalovou soustavu stříbra (krychlová plnoplochá) či popisem jeho přírodní formy jakožto ryzího stříbra (vpravo).

Když voda zmrzne, její krystaly nabudou tvaru šesterečného hranolu. Krystaly pak rostou tak, že se hranoly navzájem spojují. Důmyslně rozvětvené vzory sněhových vloček jsou důsledkem statistického faktu, že molekula vodní páry ve vzduchu má převažující tendenci spojovat se s nejbližším povrchem. Každý vyčnívající hrbolek tak bude mít tendenci růst rychleji než okolní krystalová oblast, protože bude tvořit nejbližší plochu pro většinu molekul páry /8/. Na šesterečném hranolu je šest „hrbolků“ (rohů), takže celek poroste nejrychleji na nich a vytvoří pozorovaný šestiramenný vzor.

Sněžné vločky mají redukovatelnou strukturu, protože mohou vzniknout z malého množství páry či ze spousty páry. Mohou být velké či malé. Kterákoli molekula vody je pro jejich vznik stejně dobrá jako kterákoli jiná. Nic nezkazíte, přidáte-li či uberete v procesu jejich vznikání jednu či více molekul vody. Můžete je budovat kus po kuse a použít k tomu kteroukoli molekulu vody, kterou máte po ruce. Získané vzory lze tak všechny vysvětlit (nebo redukovat na) fyziku a chemii vody a atmosférické podmínky.

neredukovatelna_struktura_zivota_-_autopoieze_3-bezne_strojni_soucasti_.jpg Obrázek 3. Běžné strojní součásti s neredukovatelnou strukturou: páka (A), ozubené kolo (B) a spirálová pružina (C). Všechny jsou vyrobeny z kovu, ale jejich podrobnou strukturu a funkci nelze zredukovat na (vysvětlit pomocí) vlastností kovu, ze kterého jsou vyrobeny.

Abychom porozuměli neredukovatelné struktuře, zamysleme se teď nad stříbrnou mincí.

Stříbro se v přírodě vyskytuje v rudách mědi, olova, zinku, niklu a zlata – a vzácně v téměř čisté podobě zvané „ryzí stříbro“. Na obrázku 2 vidíme rub a líc dvou starobylých stříbrných mincí spolu s nuggetem oné vzácné formy ryzího stříbra. Krystalová soustava masivního stříbra je krychlová plnoplochá. Hlavní korpus nuggetu ryzího stříbra má známý třpyt čistého kovu a vytvaroval se do podoby prostoru, který měl k dispozici, když se srážel z roztoku spodních vod. Černé inkrustace jsou nepatrné krystalky stříbra, které pokračovaly v růstu, když se snížila rychlost usazování poté, co hlavní masa stříbra ztuhla.

Na rozdíl od krásně strukturovaných sněhových vloček zde neexistuje přírodní proces, který by mohl přetvořit plnoploché krychle masivního stříbra v kulaté, ploché kotouče s obrazy lidí, zvířat a nápisy. Ani přidáním či ubráním stříbra nevytvoříme vlastnosti mincí jako je kulatost, plochost a přítomnost obrazů, a hledat zvláštní podmínky prostředí by bylo zbytečné, protože je prostě jasné, že ony vzory vytvořil člověk. Struktura mince je proto neredukovatelná na fyziku a chemii stříbra a je jasné, že ji ze stříbra vytvořil nějaký inteligentní vnější činitel (v tomto případě lidé).

Ať už je však vysvětlení jakékoli, neredukovatelnost struktury mince na vlastnosti stříbra, ze kterého je zhotovena, je podstatou toho, co nazvu „Polanyiho nemožností“. To znamená, že Polanyi ztotožnil tenhle druh neredukovatelnosti s přírodovědeckou nemožností, a tvrdil, že vědecká komunita by ji měla jako takovou uznat, takže prostě připojuji k této zásadě jeho jméno.

Polanyi poukázal na struktury podobné strojům, které existují v živých organizmech. Na obrázku 3 vidíte tři příklady běžných strojních součástí: páku, ozubené kolo a spirálovou pružinu. Právě tak, jako strukturu a funkci těchto běžných strojních součástí nelze vysvětlit z povahy kovu, ze kterého jsou vyrobeny, nelze ani strukturu a funkci paralelních součástí života zredukovat na vlastnosti uhlíku, vodíku, kyslíku, dusíku, fosforu, síry a stopových prvků, ze kterých jsou vytvořeny. V živých systémech existuje nekonečná řada příkladů takových neredukovatelných struktur, všechny však pracují na jednotném principu zvaném „autopoiéze“.

Definice pojmu autopoiéze

Autopoiéze znamená doslova „sebedělání“ (z řeckého auto pro samo, a slovesa poiéō znamenajícího „dělám“) a vztahuje se na jedinečnou schopnost živého organizmu neustále se opravovat a udržovat – včetně nejplnější realizace téhle schopnosti, rozmnožování – s využitím energie a surovin z prostředí. Na rozdíl od toho využívá allopoietický systém (z řeckého allo pro jiný) jako třeba automobilka energii a suroviny k výrobě organizované struktury (auta), která se liší od sebe sama (továrny) (9).

Autopoiéze je jedinečnou a udivující vlastností života – ve známém vesmíru nic podobného neexistuje. Tvoří ji hierarchie neredukovatelně strukturovaných úrovní. Ty zahrnují: (i) složky s dokonale čistým složením, (ii) složky s vysoce specifickou strukturou, (iii) složky, které jsou funkčně integrované, (iv) komplexně regulované procesy řízené informacemi, a (v) metainformační strategie s převrácenou kauzalitou pro přežití jedince i druhu (příslušné odborné výrazy zakrátko vysvětlím). Všechny zmíněné úrovně jsou vybudovány vždy na úrovni bezprostředně pod sebou, ale nelze je vysvětlit pojmoslovím dotyčné úrovně. A mezi základní úrovní (dokonale čistým složením) a přírodním prostředím zeje nepřekonatelná propast. Mimořádně složité podrobnosti jsou stále mimo naše současné znalosti a chápání, ale hlavní teze osvětlím na analogii s vysavačem.

Analogie s vysavačem

Maminka byla nadšená, když otec koupil roku 1953 náš první elektrický vysavač. Tvořil ho motor a jeho kryt, sací ventilátor, lapač prachu a pružná hadice s různými nástavci. Náš vysavač současný má cyklonový filtr a pohybuje se po podlaze na dvou kolečkách místo na jezdcích jako tomu bylo u prvního maminčina vysavače. Moji příští verzi by mohl představovat malý robot, který se bude sám pohybovat po místnosti, dokud se mu nevybije baterie. Kdybych si to mohl dovolit, snad bych si koupil dražší verzi, která automaticky registruje dobíhání baterie a vrátí se k indukční dokovací stanici, aby si ji dobila.

Všimněte si na tomhle příkladu hierarchie kontrolních systémů. Původní stroj vyžadoval operátora a určitou fyzickou námahu k posunování stroje v požadovaném směru. Přechod na dvě kolečka umožňuje stroji sunout se bez větší námahy za operátorem, a cyklonový filtr nahradil lapač prachu, který způsoboval nepořádek. Další vývojová fáze stroje s palubní robotickou kontrolou už nevyžaduje od operátora vůbec žádnou námahu kromě toho, že stroj nastaví na práci, kterou od něj požaduje, a vrátí ho ke zdroji proudu, aby se znovu nabil, když jeho baterie doběhla. A příští fáze, kdy si stroj bude automaticky kontrolovat, kdy jeho baterie dobíhá, a vrátí se sám na základnu, už nevyžaduje od operátora vůbec žádnou námahu poté, co stroji nastaví program, aby věděl, kdy má svou práci vykonat.

Zkusíme-li teď tuhle analogii rozšířit tak, aby se rovnala živému stavu autopoiéze, bylo by dalším krokem zabudovat systém vyrábějící energii, který by mohl využívat jako suroviny různé organické, chemické i světelné zdroje z prostředí. Za druhé, instalovat systém zpracování smyslových vjemů a informací, který by byl s to analyzovat stav jak vnějšího tak vnitřního prostředí (stupeň špinavosti podlahy a stav vysavače) a rozhodovat se, na co zaměřit svou aktivitu a jak se vyhnout rizikům – to vše ovšem v rozsahu zdrojů, které jsou k dispozici. Nakonec pak instalovat pièce de résistance, metainformační zařízení (informaci o informaci) se schopností automaticky udržovat a opravovat živý systém včetně téměř zázračné schopnosti se rozmnožovat – autopoiéze.

Všimněte si, že všechny strukturní úrovně v autopoietické hierarchii závisí vždy na úrovních bezprostředně pod sebou, ale nelze je vysvětlit pojmoslovím dotyčné úrovně. Například přechod od vnějšího k zabudovanému zdroji energie závisí na tom, aby ve vysavači byl zabudován elektrický motor, který ho bude pohánět. Elektrický vysavač by tak mohl trčet ve skříni věčně, aniž by byl s to zbavit se závislosti na vnějším zdroji energie – tento zdroj do něj musí zabudovat nějaká vyšší moc („úroveň“), on sám („nižší úroveň“) na to nestačí. Podobně je autopoiéze k ničemu, není-li zde vysavač, který by mohla opravovat, udržovat a rozmnožovat.

Autopoietická hierarchie je proto strukturována takovým způsobem, že jakýkoli druh naturalistického přechodu z jedné úrovně na úroveň vyšší by se rovnal Polanyiho nemožnosti. To znamená, že struktura na úrovni i závisí na struktuře s úrovní i – 1, ale nelze ji vysvětlit pomocí struktury na úrovni i – 1. Takže strukturu na úrovni i musel vymyslet někdo na úrovni i nebo výše.

Materialistická propast

Většina badatelů zkoumajících původ života se shoduje v tom (alespoň v těch srozumitelnějších částech svých prací) (10), že neexistuje důkaz z přírodovědeckého pokusu, který by přímo demonstroval cestu od neživé hmoty k živé. Pokračují však ve svých výzkumech, přesvědčeni o tom, že je jen otázkou času, než tuhle cestu objevíme. Pomocí analogie s vysavačem však můžeme v praxi prokázat, že celý problém představuje Polanyiho nemožnost už svou podstatou – život je od mrtvé hmoty oddělen nepřekonatelnou propastí.

Špinavá chemie hmotného prostředí

„Jednoduchá“ struktura prvních vysavačů vůbec není jednoduchá. Je tvořena vysoce čistými materiály (hliník, plasty, tkaniny, měděný drát, ocelové plechy atd.), které jsou zvlášť strukturovány pro práci pomocí rukou a funkčně integrovány tak, aby splňovaly úkol, pro který byl vysavač zkonstruován – vysávat z podlahy špínu. Zvláštní je, že špínu, kterou vysává, tvoří do značné míry tytéž materiály, ze kterých je vyroben sám vysavač – hliník, železo a měď v nerostných zrnkách špíny, vlákna tkaniny v prachu a organické sloučeniny ve směsi odpadu, který produkuje běžná domácnost. Je to však rozdíl ve formě a funkci těchto jinak podobných materiálů, který odlišuje vysavač od špíny na podlaze. Stejně tak je to udivující forma a funkce života v buňce, která ji dělí od ne-života v jejím prostředí.

Přírodní chemie je vždy „špinavou chemií“, zatímco život užívá výhradně „perfektně čistou chemii“. Zvolil jsem slova „špinavá chemie“ nikoli proto, abych očerňoval bádání o původu života, nýbrž proto, že jde o výraz užitý nositelem Nobelovy ceny profesorem Christianem de Duve, čelným ateistickým vědcem na tomto poli (11). Suroviny v prostředí jako je vzduch, voda a půda, jsou vždy směsí mnoha různých chemikálií. V pokusech se „špinavou chemií“ jsou vždy přítomny různé příměsi, které způsobují nepříjemné vedlejší reakce znehodnocující kýžené výstupy. V důsledku toho mají badatelé často tendenci výstupy uměle přikrašlovat používáním uměle rafinovaných činidel. Ale i když zabudují do svých základů čistá činidla, vyprodukují naturalistické pokusy většinou to, co jeden evolucionista v jakési nedávné recenzi označil pojmy jako „bláto“, „šmír“ a „sajrajt“ (12) – což je vlastně jedovatý kal. Ani naše nejlepší průmyslové chemické procesy přitom neumějí vytvořit činidla čistší než řádově 99.99 %. Abychom dosáhli v laboratoři 100 % čistoty, potřebujeme maximálně specializované vybavení, které bude s to vytřídit jednotlivé molekuly.

Další zásadní rozdíl mezi chemií prostředí a životem spočívá v tom, že se chemické reakce ve zkumavce řídí zákonem o působení hmot (13). Do reakcí musí vstupovat velké množství molekul a její rychlost spolu s konečným výstupem lze předvídat za předpokladu, že se všechny molekuly budou chovat nezávisle a že u všech výchozích látek panuje stejná pravděpodobnost toho, že na sebe budou působit. Na rozdíl od toho přeměňují buňky výchozí látky s přesností na jedinou molekulu a kontrolují rychlost a výstupy reakcí pomocí enzymů a trajektorií na mikroskopické úrovni, takže výsledek biochemické reakce může být zcela odlišný od výsledku předpovězeného zákonem o působení hmot.

(zákon o působení hmot neboli Guldbergův-Waagův zákon = rychlost přírůstku koncentrace složky v průběhu chemické reakce je úměrná součinu mocnin koncentrací reagujících látek. Pozn. překl.)

Autopoietická hierarchie

Dokonale čistá biochemie s vyhraněným charakterem každé jednotlivé molekuly

Analogie s vysavačem se nám zhroutí dříve, než se dostaneme kamkoli do blízkosti života, protože chemické složení jeho součástí se nikde ani zdaleka neblíží čistotě nutné pro život. Materiály vhodné pro využití ve vysavači mohou tolerovat několik procent nečistot, a přesto stále podávat přiměřený výkon, ale žádná jiná než stoprocentně čistá chemikálie nebude fungovat v molekulárním aparátu buňky.

Jedním z nejslavnějších příkladů je homochiralita. Mnoho molekul založených na uhlíku má vlastnost zvanou „chiralita“ – mohou existovat ve dvou formách, které jsou svými zrcadlovými obrazy (jako naše pravá a levá ruka) zvanými „enantiomery“. Živé organizmy většinou užívají pouze jeden z těchto enantiomerů (např. levotočivé aminokyseliny a pravotočivé cukry). Na rozdíl od toho vědecké pokusy, při kterých vznikají aminokyseliny a cukry, vyrobí vždy směs levotočivých a pravotočivých forem v přibližném poměru 50:50 (zvanou „racemická“ směs). Hrůzy způsobené užíváním hypnotika thalidomidu těhotnými ženami (které vedlo k vývoji znetvořených dětí) má na svědomí právě zmíněný problém chirality. Homochirální forma uvedeného léku byla přitom neškodná.

Předností života, která mu umožňuje vytvářet takové dokonale čisté chemické sloučeniny, je jeho schopnost manipulovat pokaždé jen s jednou molekulou. Tuhle jednomolekulovou přesnost ilustruje uspořádání proteinů v ribozomech. Předpis pro proteinovou strukturu je zakódován do molekuly DNA. Pak je přepsán do molekuly informační RNA, která ho pak předá k ribozomu, kde každá z řady molekul transferové RNA přenese jedinou molekulu požadované budoucí aminokyseliny pro ribozom a zařadí ji do tvořícího se řetězce bílkoviny. Ta je tak budována vždy po jedné molekule, a tak lze příslušný proces dobře monitorovat a opravit i tehdy, vyskytne-li se při něm byť jediná chyba.

Speciálně strukturované molekuly

Život hýří takovou plejádou divů na molekulární úrovni, že ještě nikdo zcela neprobádal jeho hlubiny. Nemůžeme doufat, že pokryjeme v krátkém článku byť jen zlomek z jeho zázraků, takže vyberu jenom jeden příklad. Bílkoviny tvoří dlouhé pospojované řetězce aminokyselin. DNA kóduje 20 druhů aminokyselin a proteiny běžně obsahují stovky či dokonce tisíce aminokyselin. Cyklin B je průměrně velký protein se 433 aminokyselinami. Patří do „ježčí“ skupiny signálních cest, které jsou zásadní pro vývoj všech mnohobuněčných živočichů. Existuje tedy 20^433 (20 násobeno sebou 433krát) = 10^563 (10 násobeno sebou 563krát) možných proteinů, které by mohly vzniknout libovolným uspořádáním 20 různých druhů aminokyselin v řetězci ze 433 jednotek. Lidské tělo – nejsložitější známý organizmus – obsahuje něco mezi 10^5 (= 100 000) a 10^6 (=1 000 000) různých proteinů. Takže pravděpodobnost (p), že průměrně velký biologicky použitelný protein by mohl vzniknout náhodnou kombinací 20 různých aminokyselin je asi p = 10^6 /10^563 = 1/10^557 . A to předpokládáme, že použijeme jen L-aminokyseliny – tj. dokonalou enantiomerovou čistotu (14).

Pro srovnání, šance na výhru v loterii je zhruba 1/10^6 na pokus, a vyhlídka, že nejdeme jehlu v kupce sena, je asi 1/10^11 na pokus. Dokonce celý vesmír obsahuje pouze asi 10^80 atomů, takže neexistuje ani dost atomů na to, aby bylo zajištěno náhodné sestavení byť jen jediné průměrně velké biologicky použitelné molekuly. Navíc platí, že ze všech myslitelných proteinů jsou ony, se kterými se setkáváme v životě, velmi vysoce specializované – umějí věci, které v naturalistickém pojetí světa nejsou možné. Například některé enzymy stihnou za jednu sekundu to, co by přírodním procesům trvalo miliardu let (15). Přesně jako jehla v kupce sena. Ze všech nekonečně možných uspořádání částic železné slitiny (oceli) jenom ony dlouhé a úzké, na jednom konci špičaté a s očkem na straně druhé, budou fungovat jako jehla. Tahle struktura nevyplývá z vlastností oceli, ale musel ji někdo vytvořit.

Voda, všude voda

V jádru biologie je skryt ohromující paradox. Voda je zásadně důležitá pro život (16), ale zároveň je jedovatá – štěpí polymery procesem zvaným hydrolýza, a proto ji užíváme k praní. Hydrolýza představuje neustálé riziko pro pokusy dopátrat se toho, jak vznikl život, ale v buňkách žádné problémy nezpůsobuje, přestože je tvoří převážně právě voda (většinou 60-90 %). Popravdě jsou dokonce třeba zvláštní enzymy zvané hydrolázy, abychom v buňce navodili hydrolýzu (17). Proč ten rozdíl? Voda ve zkumavce není chemicky vázaná a je aktivní, kdežto voda v buňkách je vysoce strukturovaná procesem zvaným „vodíková vazba“, a tahle voda-struktura je všestranně provázána jak se strukturou, tak s funkcí všech makromolekul v buňce:

„Povaha vody v její vodíkové vazbě jí propůjčuje všestrannou přizpůsobivost; umožňuje jí vykonávat složitý trojrozměrný ‚tanec‘, při kterém střídá partnery, a přitom si zachovává mnohostranné temperovací a stabilizační funkce. Voda umí vygenerovat malé aktivní shluky i makroskopická uskupení, které umějí jak předávat tak přijímat informace na různých rovinách“ (18).

Voda by vlastně měla být první na seznamu molekul, které musí mít zvláštní uspořádání, aby život mohl fungovat. Jeho fungování vyžaduje jak širokou paletu speciálně strukturovaných makromolekul tak zároveň příslušné vodíkově vázané struktury vody. Tento problém zatím žádný pokus studující podmínky vzniku života neřešil.

Funkčně integrované molekulární stroje

neredukovatelna_struktura_zivota_-_autopoieze_4-atp_syntaza.jpg Obrázek 4. ATP syntáza, molekulární motor poháněný protony. Protony (+) z nitra buňky (dole) procházejí statorovým mechanizmem umístěným v buněčné membráně a otáčejí rotorem (v horní části obrázku), který přidává anorganický fosfát (iP) k ADP a mění ho tak na vysokoenergetický ATP.

Nestačí mít specificky strukturované, ultračisté molekuly, tyto molekuly musí být zároveň všestranně provázány, aby tvořily výkonný aparát. Ovocný kompot je také plný chemicky čistých a biologicky cenných molekul, nikdy z něj však nevznikne živý organizmus (19), protože při zavařování ztratily zmíněné molekuly svou provázanost a organizovanost. Buňky obsahují širokou paletu výkonných molekulárních aparátů. Průměrné soustrojí v kvasnicové buňce obsahuje 5 dílčích proteinů (20), a nejsložitější biologické soustrojí – spliceozom, který instrumentuje čtení oddělených částí genů – tvoří zhruba 300 proteinů a několik nukleových kyselin (21).

(spliceozom = velký ribonukleoproteinový komplex v eukaryotické buňce, komplex tvořený hnRNA a snRNP-částicemi, které se vážou na oblast intronů. Katalyzuje transesterifikaci při splicingu RNA. Je pozorovatelný elektronovým mikroskopem jako elipsoidní částice. Pozn. překl.)

Jedním z velmi pozoruhodných aparátů je miniaturní motorek poháněný protony (vodíkovými kationy – pozn. překl.), který vyrábí univerzální energetickou molekulu ATP (adenosintrifosfát) znázorněnou na obrázku 4. Když se motorek otáčí jedním směrem, přebírá energii ze stráveného jídla a mění ji na vysokoenergetický ATP, a otáčí-li se opačným směrem, štěpí ATP takovým způsobem, že jeho energie je k dispozici pro využití v dalších metabolických procesech (22).

Všestranně regulované metabolické funkce poháněné informacemi

A opět: nestačí mít ani pouze úžasné molekulární aparáty – tyhle různé strojky musí být pospojovány do metabolických konkrétně nasměrovaných soustav a cyklů, které cíleně spolupracují, aby přispívaly k prospěchu celku. Jakého prospěchu? Tahle otázka je možná mnohem hlubším problémem, než který může řešit věda; v jejích možnostech je však určitě konstatování, že okamžitým praktickým účelem té celé úžasné palety živých struktur je přežívání jedince a přetrvávání jeho druhu (23). Ačkoli stále ještě nevíme všechno o způsobu, jakým buňky pracují, určitou představu o rozmanitosti konkrétně nasměrovaných metabolických soustav a cyklů nám může dát soubor dat BioCyc. Většina dosud prozkoumaných organizmů, od mikrobů k člověku, má mezi 1000 a 10 000 metabolických cest („nasměrovaných soustav“) (24). V buňce se nikdy nic neděje samoúčelně, zbytečně – každý pochod je vždy vyvolán jiným pochodem, je s ním propojen, a buď z něho přímo těží, nebo je jím jinak zasažen. A všechny zmíněné pochody probíhají v mnoha krocích.

Celá tahle živá partitura má také své „choreografy“, totiž informace – což je fenomén, který se nikdy nevyskytuje v přírodním prostředí. V základech informační hierarchie je molekula, která informace skladuje – DNA. Dvojšroubovice DNA je pro skladování genetické informace „šitá na míru“, a tahle ideální struktura krásně ladí s elegancí a užitečností, výkonností kódu, který buněčnou informaci zapisuje (25). Ale nestačí ani mít elegantní „na míru šitý“ systém skladování informací – ty informace tam především musí fyzicky být. A nejen biologicky důležité informace, nýbrž i jedinečně vynalézavé strategie a taktiky, které by živé organizmy úspěšně přenesly přes mimořádně náročné úkoly, kterým čelí při svém zdánlivě zázračném zvládání metabolizmu a reprodukce. Ale ani důmyslné strategie a taktiky nestačí. Choreografie vyžaduje jemnou a složitou regulaci všech aspektů života, aby bylo jisté, že se správné věci odehrají v pravý čas a ve správném pořadí, jinak brzy dojde k chaosu a ke smrti.

Poslední objevy svědčí o tom, že biochemické molekuly jsou v neustálém pohybu, a podstatou jejich udivujících výkonů je perfektní choreografie, kdy je zmíněný komplexní pohyb sladěný a vede k plnění úkolů, které by statické molekuly nedokázaly nikdy zvládnout. Neexistuje však žádný prostorný „taneční parket“, na kterém by bylo možno nastudovat a provádět celou rozsáhlou a bleskově rychlou (až milion událostí za sekundu u jediné reakce – 26) metabolickou aktivitu. Buňka připomíná spíše přeplněnou šatnu než taneční parket, a k tomu v show s miliony účinkujících!

Inverzně kauzální metainformace

Zákon příčiny a důsledku je jedním z nejzákladnějších zákonů v celé vědecké oblasti. Všechny vědecké pokusy jsou založeny na předpokladu, že ke konečnému výsledku povede cesta od něčeho, co se odehraje během pokusu – co bude identifikovatelnou příčinou. A bude-li experimentátor dostatečně chytrý, pak se mu/jí možná povede onu příčinu zjistit a popsat zmíněnou cestu ke konkrétnímu výsledku či účinku.

Kauzalita má vždy svůj přesný řád – příčina vždy předchází účinek (27). Znamená to, že událost A musí vždy předcházet události B, máme-li A považovat za možnou příčinu B. Kdybychom si náhodou všimli, že A následovalo po B, pak by to vylučovalo A jako možnou příčinu B.

V živých systémech se však zásadně setkáváme s obrácenou kauzalitou. Znamená to, že událost A je sice příčinou události B, ale existuje či vyskytuje se po B. Bude snadnější porozumět takové biologické situaci, ukážeme-li ji na příkladech ze života lidí. V ekonomice se kupříkladu stává, že dnešní chování jako třeba rozhodnutí do něčeho investovat je ovlivněno nějakou událostí budoucí, jako třeba očekávaným ziskem či ztrátou. V psychologii může být příčinou nynějšího stavu pacienta (jako třeba úzkosti nebo paranoie) nějaká očekávaná událost příští, jako třeba škoda, která mu vznikne. Na poli ochrany zdraví a bezpečnosti při práci může vyvolat nepořádek na pracovišti a znečištění prostředí u pracovníka přímé toxické účinky (normální kauzalita), avšak předtucha či strach z možné budoucí škody mohou mít také už samy o sobě toxický účinek (obrácená kauzalita).

Darwinovský filozof vědy Michael Ruse nedávno konstatoval, že obrácená kauzalita je obecným znakem života (28), a jako její příklad uvedl, že stegosaurovy pláty se začínaly tvořit v embryonálním stavu, ale svou funkci plnily až u dospělého jedince – snad mu pomáhaly udržovat optimální tělesnou teplotu. Většina biologů si však takovéhle skutečnosti raději nepřipouští, protože je s nimi spojena představa o tom, že by život mohl mít svůj účel (spět k nějakému cíli), a takové myšlenky jsou materialistům přísně zakázány.

Nejdůležitějším příkladem inverzní kauzality (obrácené příčinnosti) u živých organizmů je samozřejmě autopoiéze. Stále ještě jí plně nerozumíme, ale už rozumíme alespoň jejím nejdůležitějším aspektům. V podstatě jde o metainformaci – což je informace o informaci. Je to informace, kterou musíte mít, abyste si uchovali informaci, kterou chcete mít, abyste přežili a zajistili přežití svých potomků a udržení svého druhu.

Poslední věta předešlého odstavce vyjadřuje hlavní myšlenku celého článku, takže se pro ilustraci její platnosti vraťme k analogii s vysavačem. Představme si, že jedné vývojové větvi vysavačů se podařilo dosáhnout robotického stadia nezávislého na energii, ale neplatí v ní princip autopoiéze, zatímco druhá si to namíří rovnou k autopoiéze. Jaký je rozdíl mezi těmito vysavači? Oba budou nějakou dobu fungovat velmi dobře. Jak se však začne pomalu negativně uplatňovat druhý zákon termodynamiky, začnou se součástky opotřebovávat, vibrace uvolní spoje, nakupí se prach, který způsobí krátké spojení v elektronice, sací trubice se začnou ucpávat a tím se sníží sací výkon, hřídele kol zreziví a začnou ztěžovat pohyb, a tak dále. První vysavač nakonec zemře a nezanechá potomky. Druhý se opraví, jeho součástky poběží dál hladce, a rozmnoží se a tak zajistí zachování druhu.

Stručně řečeno, autopoiéze je informace – a s ní spojené schopnosti – , kterou musíte mít (opravování, přežívání a rozmnožování s variacemi v rámci druhu), aby se udržela při životě informace, kterou chcete mít (např. funkčnost vysavače), aby se celý systém udržoval v dobré kondici a zajistilo se tak přežití jak vaše tak vašich potomků.

Co se však stane, změní-li se prostředí a ohrozí ony tak jemné metabolické cykly, na kterých jsou živé organizmy závislé? Řešením jsou variace v potomstvu. Pro evolucionisty od Darwina po Dawkinse je tahle udivující schopnost samozřejmostí, ale přehlížet ji skutečně nelze. Život má k dispozici propracované mechanizmy – kupříkladu přechod od diploidní k haploidní meióze, často mimořádně působivá estetická stylizace a rituály při páření, obrovský počet permutací a kombinací, které jsou k dispozici v rekombinačních mechanizmech – , pomocí kterých vzniká potomstvo s odchylkami od svých rodičů, které se mohou ukázat jako prospěšné pro přežití. Ovšem jako nutná součást těchto potenciálně nebezpečných odchylek od „zavedeného a osvědčeného pořádku“ existují také pevná sebezáchovná opatření chránící zásadní životní procesy (např. schopnost přečíst kód DNA a přeložit ho do konkrétních metabolických funkcí). Nic z toho by nikdy nemělo být považováno za samozřejmé.

Krátce řečeno, autopoiéze je informace – a příslušné schopnosti – , kterou musíte mít (oprava, udržování při životě a rozmnožování s variacemi), abyste udrželi naživu informaci, kterou chcete mít (např. funkčnost vysavače), abyste ji udrželi v dobrém stavu tak, aby zajišťovala jak vaše přežívání tak přežití vašich potomků. Stejně tak je moje lidství tím, o co mi osobně jde, takže moje autopoietická kvalifikace je schopností opravovat se, udržovat se a variabilně se rozmnožovat, která mi umožňuje udržet si své lidství a sdílet je se svými potomky. Vajíčko a spermie, ze kterých jsem vznikl, o tom nic nevěděly, ale informace tam byla zakódována a za šest desítek let se zrealizovala a uzrála tak, že tu nyní sedím a píšu – to je obrácená příčinnost autopoiéze.

Souhrn

Existují tři roviny uvažování, které člověka dovedou k závěru, že autopoiéze je jednoznačným argumentem pro existenci inteligentního designu života.

  1. Měl-li život ne-autopoietický začátek, a pak se vyvíjel po malých krocích, pak bude autopoiéze konečným produktem nějakého dlouhého a slepého procesu náhod a přírodního výběru. Takový závěr by znamenal, že autopoiéze není pro život zásadně důležitá, takže by měly existovat nějaké organizmy, které jí nikdy nedosáhly, nebo by ji měly některé organizmy v rámci přírodního výběru ztratit, protože ji nepotřebují. Autopoiéze je však přítomna ve všech formách života, takže musí hrát zásadní roli. Teorém druhé termodynamické věty, který jsem demonstroval na analogii s vysavačem, vede rovněž k témuž závěru. Oba argumenty svědčí o tom, že autopoiéze tu musela být už na počátku, aby život mohl vůbec existovat a udržovat se, a nemohla se vynořit na konci nějakého dlouhého materialistického procesu. Tento závěr odpovídá poznatku z pokusů, že projekty studující vznik života, které nezabudují do svých základů autopoiézi, jsou nefunkční a nepodaří se jim zrekonstruovat ani první krůček směrem k životu.
  2. Všechny úrovně autopoietické hierarchie staví vždy na úrovni bezprostředně pod sebou, jsou však od ní co do příčinnosti odděleny Polanyiho nemožností. Autopoiézi nelze tedy zredukovat na nějakou řadu navazujících materialistických příčin.
  3. Pod autopoietickou hierarchií existuje nepřekročitelná propast mezi špinavou chemií působení hmot v přírodním prostředí a dokonalou čistotou, přesností stavící na jediné molekule, strukturální specificitou a inverzně kauzální integrací, regulací, opravou, udržováním a variabilní reprodukcí života.

Odkazy

1. Mark J. Pallen and Nicholas J. Matzke, From The Origin of Species to the origin of bacterial flagella, Nature Reviews Microbiology 4(10):1493, 2006; , 19 Mar. 2007.
2. Behe, M., Darwin’s Black Box: The biochemical challenge to evolution, Free Press, New York, 1996.
3. See Pallen and Matzke, ref. 1, also web articles and links at: , 19 Mar. 2007, and , 19 Mar. 2007.
4. Polanyi, M., Life’s irreducible structure, Science 160:1308–1312, 1968.
5. Dawkins, R., The Blind Watchmaker: Why the evidence of evolution reveals a universe without design, Norton, New York, 1996.
6. The molecules of the non-living world are usually fairly short, most consisting of fewer than 10 different atoms. In stark contrast, living organisms crucially depend upon long chains of hundreds, thousands and tens of thousands of atoms, called macromolecules. The reason for their extraordinary length is so that they can be shaped into biologically useful tools, structures and molecular machines. The carbon atom is uniquely suited to making long chain molecules because it has unusually versatile bonding capabilities.
7. Polanyi, ref. 4, p. 1312.
8. Information and illustrations adapted from , 19 Mar. 2007.
9. Autopoiesis, , 19 Mar. 2007.
10. Nobel Prize winning origin of life researcher Christian de Duve admitted in the foreword to his latest book that he had not been entirely clear on this point in his earlier books on the subject and wished to correct this oversight. See, de Duve, C., Singularities: Landmarks on the Pathways of Life, Cambridge University Press, UK, 2005.
11. de Duve, C., Singularities: Landmarks on the pathways of life, Cambridge University Press, UK, 2005.
12. Conway Morris, S., Life’s Solution: Inevitable humans in a lonely universe, Cambridge University Press, UK, Chs 3–4, 2003.
13. Mass action, , 19 Mar. 2007.
14. Many proteins will tolerate some variations in their amino acid sequence, but only substitutions by certain other L-amino acids. Cytochrome c can tolerate 1035 such variations (Yockey, H., Information Theory, Evolution and the Origin of Life, Cambridge University Press, UK, 2005, Ch.6), but this makes no significant difference to the outcome of probability calculations. In contrast, ubiquitin, a protein found in all forms of life except bacteria, will tolerate no variation at all at most of its amino acid positions (Truman, R., The ubiquitin protein: chance or design? Journal of Creation 19(3):116–127, 2005; 19 Mar. 2007).
15. Enzyme, , 19 Mar. 2007.
16. Some organisms have life stages that can dry out and survive, but they still need a majority composition of water to grow and reproduce.
17. Some metabolic processes are confusingly called ‘hydrolysis reactions’ but they are not the hydrolysis referred to here. ‘ATP hydrolysis,’ for example, is a highly structured way of transferring chemical energy through a metabolic coupling without the loss to the environment that free hydrolysis would cause.
18. Chaplin, M., Do we underestimate the importance of water in cell biology? Nature Reviews Molecular Cell Biology 7:861–866, 2006.
19. If a can of food did happen to pop its lid because of biological activity inside, an examination would find it to have been caused, not by a newly evolved form of life, but by a common and well-known contaminant organism that was not eliminated by the sterilization process.
20. Krogan, N.J. et al., Global landscape of protein complexes in the yeast Saccharomyces cerevisiae, Nature 440:637–643, 2006.
21. Nilsen, T.W., The spliceosome: the most complex macromolecular machine in the cell? Bioessays 25(12):1147–1149, 2003.
22. Images and information are available at: , 19 March 2007, and animation movies are available at: , 19 Mar. 2007.
23. The usual definition of autopoiesis does not include survival of the species, but it is built-in to living organisms and should be included in the definition.
24. Karp, P.D., Ouzounis, C.A., Moore-Kochlacs, C., Goldovsky, L., Kaipa, P., Ahrén, D., Tsoka, S., Darzentas, N., Kunin, V. and López-Bigas, N., Expansion of the BioCyc collection of pathway/genome databases to 160 genomes, Nucleic Acids Research 33(19):6083–6089, 2005; , 19 Mar. 2007.
25. Conway Morris, S., ref. 12, pp. 27–31.
26. The enzyme carbonic anhydrase can exchange carbon dioxide in blood at this rate. , 19 Mar. 2007.
27. In physics there are some apparent exceptions in extreme conditions under which life cannot survive. In very powerful gravitational fields and at velocities near the speed of light, the time sequence of events and their apparent (but not actual) chain of causality may be violated. Apparent violations can also occur at the quantum level, but only with quantum particles, not with objects as large as molecules or living cells.
28. Ruse, M., Darwin and Design: Does Evolution have a Purpose? Harvard University Press, MA, 2003. See review: Journal of Creation 18(3):31–34, 2004; , 19 Mar. 2007.pokus

Příloha Velikost
Neredukovatelná struktura života – autopoiéze.doc 364 KB

Komentujte

Please Přihlásit to comment
  Subscribe  
Upozornit na