Darwinova limita Vznik a vývoj života z pohledu technických oborů Evolutionman
1
motto: „Kromě výchozího dešifrování lidského genomu dnes také víme, že se lidský genom liší od šimpanzího jen zhruba jedním procentem. Ještě podivnější pak je, že obdobně také od myšího genomu se ten lidský liší jen pouhými 300 geny! Má-li lidský genom pouhou třetinu původně předpokládaných 100 000, tedy zhruba jen 30 000 genů, pak tedy zřejmě také neplatí, co se předtím neochvějně předpokládalo: že úměrně s nepoměrně větší složitostí organismu člověka a jeho funkcí vůči třeba mušce octomilce bude tomu také odpovídat nepoměrně vyšší počet genů v genomu.“ „Přečtení lidského genomu bylo zveřejněno nedávno, v únoru roku 2001. Podle těchto posledních zjištění pouhé jedno procento genomu nese vlastní genetickou informaci; celých 99 procent je pouze mezigenovou DNA.“ Miloš Dokulil, článek Svět nicotných rozměrů, internetová stránka Českého rozhlasu, 28.7.2003
2
Obsah 1. PŘEDMLUVA..........................................................................................................4 2. DNEŠNÍ VĚDECKÉ KLIMA...................................................................................11 3. TEORIE VZNIKU ŽIVOTA.....................................................................................15 4. SLOŽITOST ŽIVÝCH ORGANIZMŮ......................................................................28 5. MOŽNOSTI PROZKOUMÁNÍ SLOŽITÝCH SYSTÉMŮ........................................31 6. HLUBŠÍ ROZBOR MOŽNOSTÍ ZMĚN .................................................................38 7. TEORIE PRIMÁRNÍ REALITY...............................................................................46 8. CO TO ZNAMENÁ ?..............................................................................................52 9. CO JE PRIMÁRNÍ REALITA ?..............................................................................55 10. PRŮNIK INFORMACE Z PRIMÁRNÍ REALITY..................................................59 11. JAK HLEDAT.......................................................................................................61 12. VÝVOJ TAXONOMICKÝCH SKUPIN ŽIVOČICHŮ.............................................64 13. PRINCIPY ŽIVÝCH ORGANIZMŮ.......................................................................69 14. PŘEDPOVĚDI TEORIE PRIMÁRNÍ REALITY....................................................78 16. TEORIE PRIMÁRNÍ REALITY KONTRA NEODARWINIZMUS..........................83 17. ZÁVĚR: CO Z TOHO PLYNE ?...........................................................................90 18. VYSVĚTLENÍ NĚKTERÝCH POJMŮ................................................................94 19. LITERATURA......................................................................................................95
3
1. Předmluva
Otázky vzniku a vývoje života vždy znovu udivují každého, kdo o nich začne přemýšlet. Dlouho se věřilo, že život vzniknul stvořením. Tento stav přetrvával až do příchodu Darwinovy teorie vzniku druhů přírodním výběrem. Na základě pozorování existujících druhů vytvořil Darwin teorii, která předpokládá postupný vývoj, proměnu druhů. Jako mechanizmus tohoto vývoje byly teorií označeny malé dědičné odchylky, vznikající při reprodukci organizmů. Jestliže se rodí více potomků, než je životní prostředí schopno uživit, přežijí a rozmnoží se pouze ti nejlépe přizpůsobení. Hůře přizpůsobení umírají dříve, než dosáhnou reprodukčního věku. Tím se v populaci šíří odchylky příznivé pro přežití a množení. Postupně se tak živočišný (nebo rostlinný) druh může změnit na jiný druh. Taková změna si vyžádá mnoho generací a z hlediska délky lidského života je prakticky nepozorovatelná. V měřítcích geologického času se však druhy postupně vyvíjejí. Motorem vývoje je diferencované (nestejné) přežití modifikovaných forem, které vznikly z původního rodičovského organizmu. Darwin původně do teorie začlenil i změny, kterými se druh záměrně přizpůsobuje svému okolí. Takové změny pak předává dál jako dědičné. V tom měla jeho teorie určitou podobnost s dnes zamítanou teorií francouzského přírodovědce Jean Baptiste Lamarcka, která za hlavní motor vývoje považuje právě tento druh změn. Vlastnosti, které si vynucuje okolní prostředí se podle Lamarcka stávají dědičnými. Více používané orgány se posilují, neužívané odumírají. Když žirafa natahuje krk, aby dosáhla na vysoké stromy, měla by se tato vlastnost předávat potomkům. Podle dnes přijímané modifikované Darwinovy teorie (neodarwinizmu) je mechanizmus změn jiný. Žirafa porodí několik mláďat. Některá z nich mají náhodou trochu delší krk
4
než jiná. Vzhledem k tomu, že potrava roste na vysokých stromech, mláďata s delšími krky lépe přežívají. Větší procento z nich se dožije dospělosti a zplodí vlastní mláďata. Mláďata s kratším krkem naopak hůře prospívají, jejich úmrtnost je vyšší a méně z nich tedy má potomky. Tím v celkové populaci žiraf stoupá procento dědičně dlouhokrkých jedinců. Podobné mechanizmy jsou podle dnes uznávané teorie v pozadí vývoje všech struktur živých organizmů. V Darwinově době nebylo nic známo o mechanizmech života, genech, struktuře buněk a tak dále. Ačkoli to původně nebylo hlavním cílem jeho práce, zabýval se Darwin i otázkou vzniku života. Předpokládal, že k němu mohlo dojít v nějakém jezírku plném organických látek, kde se samovolně zformovala jakási prvotní forma života. Dále se již život vyvíjel jím navrhovaným způsobem, přírodním výběrem. V polovině dvacátého století zformovali vedoucí vědci mnoha oborů inovovanou „evoluční syntézu“. Na základě řady mezioborových setkání vytvořili teorii, která vysvětluje moderní poznatky na bázi klasické Darwinovy teorie. Výsledkem jejich práce je zmodernizovaný pohled na evoluční zákonitosti, nazývaný neodarwinizmus. Tato syntéza různých poznatků zavedla do teorie nová vědecká zjištění. Za příčinu dědičnosti byla označena dvoušroubovice DNA (kyselina deoxyribonukleová), respektive její úseky, geny. DNA je přítomná v buňkách všech forem života na Zemi. Předpokládá se o ní, že je nositelem dědičných informací a současně návodem, jak postavit nový organizmus. Jako mechanizmus toho, čemu Darwin říkal odchylky, byly označeny nepřesnosti v replikaci DNA při množení organizmů. Takové „molekulární nehody“ způsobí změny v genech, jejich mutaci. Mimo DNA obsahují všechny organizmy ještě další skupiny složitě organizovaných látek. K nejdůležitějším z nich patří proteiny. Proteiny mají velmi specifické funkce, související s jejich strukturou. Spoluprací jednotlivých proteinů v buňce vznikají složité funkční kaskády, biochemické 5
(metabolické) dráhy. Extrapolací výsledků pokusů s DNA a proteiny byl vytvořen základní popis fungování buněk - DNA je vzor, podle něj se
vytvářejí proteiny. Tok informací je pouze
jednosměrný, DNA není nikdy záměrně a plánovitě buňkou měněna. Náhodné změny v DNA jsou zdrojem mutací, mírně rozdílné organizmy jsou pak prosévány přírodním výběrem. Ty nejživotaschopnější mají nejvíce potomků. Tím se v populacích šíří pozitivní mutace a negativní jsou likvidovány (jejich nositelé v konkurenci nepřežijí). Neodarwinizmus je elegantní teorie, která zdánlivě umožňuje vysvětlit všechny pozorované vlastnosti organizmů. Existují proti ní ale i výhrady. Často se týkají předpokládaného postupného růstu složitosti. Pokročilejší organizmy nejsou jen větší verzí jednodušších, ale obsahují i zcela nové orgány. Všechny vývojové inovace musejí přitom vznikat postupnými kroky. Organizmy tvoří souvislou řadu od předků k potomkům. Aby mohl přírodní výběr pracovat, je nutné, aby nové varianty života byly životaschopnější než původní. Pouze v tom případě může probíhat evoluce ve směru k vyšší složitosti. Některé orgány jsou funkčně spojeny s jinými. Proto se jejich postupný vznik obtížně vysvětluje. Přírodní výběr nedovede uchovávat nefunkční znaky. Živočich na půli cesty mezi plazem a savcem tedy musí lépe přežívat než původní plaz. Létání u ptáků se také muselo vyvinout postupně. Jednoduše každý krok ke vzniku nového orgánu musel být pokrokem ve smyslu lepšího přežití. Konkrétní vývojové přechody jsou obtížně vysvětlitelné. Potíže tohoto druhu se objevují na různých rozměrových škálách organizmu, od buněk po celé orgány a jejich spolupracující komplexy. Široká provázanost a nesmírná složitost již u buněčných procesů nenabízí jednoduchou a postupnou cestu, jak by mohla vzniknout. Americký biochemik Michael Behe, autor knihy Darwinova černá skříňka, který nesouhlasí s možností postupného vývoje složitých 6
biochemických soustav, definoval pojem nezjednodušitelná složitost. Nezjednodušitelně složité systémy se skládají z mnoha spolupracujících částí, které samy od sebe nefungují. Systém tedy nelze vylepšovat postupnými úpravami. Alespoň v některých případech je nutné sestavení celého systému najednou. Tím se odsouvá možnost plynulého vývoje takových systémů do oblasti nepředstavitelně malých pravděpodobností. Zájemcům o detaily lze doporučit jeho knihu, která vyšla česky. Protože organizmy (zvláště ty vyspělejší) jsou podobných systémů plné, musel by se postupný vývoj potýkat s obrovskými problémy po celou dobu. Přes všechny problémy však k vývoji organizmů skutečně došlo. Evoluce je realitou. V tomto smyslu měl Darwin a jeho následovníci pravdu. Stín nedořešenosti se stále vznáší nad jejím mechanizmem. Mohly být náhodné mutace a rozdílné přežití (takzvaný mutačně-selekční model) skutečně hlavním motorem evoluce ? Nad podobnými otázkami se často diskutuje. Zastánci klasické neodarwinistické teorie jsou někdy až bojovní v obhajobě své pravdy. Proti nim vystupují často také fanaticky různé skupiny tzv. kreacionistů, obhájců stvoření života. Boj těchto skupin je obzvláště silný v USA. Podle zaběhnuté terminologie je kreacionista obhájce stvoření v jakékoli podobě. Mohou to být bibličtí fundamentalisté, obhájci mladé Země, ale jsou to i zastánci řízené evoluce, tedy i někteří vědci. Evoluci měl podle nich ovlivňovat Bůh tak, aby došlo k postupnému vytvoření složitých organizmů, završených člověkem. Obhájci klasické teorie (darwinizmu, resp. neodarwinizmu), naturalisté, naopak předpokládají postupný vznik a vývoj života bez ovlivňování zvenku, pouze pomocí jevů a pochodů založených na známých zákonech fyziky a chemie. Mutačně-selekční mechanizmus evoluce prostě musí být správný, protože nic jiného nebylo pro vývoj života k dispozici, říkají. 7
Poznámka: Pro úplnost je potřeba dodat, že na evoluci působí i jiné vlivy než pouhá mutace-selekce. Tyto vlivy se projevují více u vyspělých organizmů a méně u jednodušších. Jedná se o horizontální přenos genů, pohlavní výběr, genetickou rekombinaci a řadu dalších vlivů. Některé teorie kladou do centra pozornosti geny, ne organizmy. Geny pak soutěží o svoje přežití v tělech organizmů, které jsou pro ně pouze prostředek pro přežití (viz Dawkins, Sobecký gen). Existují i další teorie, jsou však vždy modifikací, rozšířením a upřesněním základního mutačně-selekčního principu. Aby se mohl projevovat horizontální přenos genů, pohlavní výběr nebo rekombinace, musí organizmus dosáhnout určité složitosti. Alespoň
počátky evoluce se bez těchto jevů musely
tedy obejít. Pro hlavní linii mé argumentace to však není příliš podstatné.
Pokud má čtenář zájem dovědět se o těchto sporech více, lze doporučit knihu Phillipa E.Johnsona: Spor o Darwina. Autor, profesí právník, se v ní zamýšlí nad způsobem argumentace neodarwinistů a jejich odpůrců. Podle klasické teorie jsou organizmy určitým typem složitého mechanizmu. Všechny jejich vlastnosti jsou vysvětlitelné pomocí dnes známých zákonů fyziky a chemie. Na základě analogie se složitými systémy technické povahy se domnívám, že podobné tvrzení je neudržitelné. Konkrétně je v něm neudržitelná část o dnes známých zákonech. Tímto „detailem“ se zpravidla nikdo nezabývá. Zastánci klasické, naturalistické teorie ji obhajovali za každého stavu vědeckého poznání, kterého bylo dosaženo. Začalo to Darwinem, kdy byla známá pouze klasická fyzika. Pokračovalo to v době zásadních fyzikálních objevů začátku dvacátého století, tedy teorií 8
relativity a kvantovou teorií, přes poznání struktury proteinů a DNA v polovině dvacátého století. Pokračuje to i dnes, kdy velký rozvoj technologií staví člověka poprvé v historii do role konstruktéra technických systémů složitostí vzdáleně porovnatelných se životem. Myslím, že všechny vlastnosti živých systémů skutečně jsou vysvětlitelné, ale ne pomocí dnes známých zákonitostí. Jsem na základě faktů přesvědčen, že ve hře muselo být spolu s mutačně-selekčním principem ještě něco dalšího. Myslím, že to lze do jisté míry popsat, protože analýzou složitých systémů docházíme k závěrům, které se zdají nevyhnutelné. Uvědomuji si, že každá jiná než klasická, naturalistická (neodarwinistická) teorie vzniku a vývoje života je v dnešním vědeckém klimatu velmi kontroverzní. Jsem však přesvědčen, že tvrdohlavým zastáváním klasického pohledu na evoluci lze celkovému pochopení spíše uškodit. Profesí jsem elektroinženýr a pracuji na vývoji přístrojů. Jsem ateista. Rozbor a navrhovaná teorie (či spíše hypotéza) vychází z mých zkušeností a z toho, co se v technických oborech jeví jako fakta. Při vysvětlování vlastností organizmů a jejich vývoje se budu občas odkazovat na srovnání se stroji, například s počítači. Taková „počítačová metafora“ nemusí být vůbec přesná. Při dnešním stavu poznání však nelze použít nic výstižnějšího. Pokud budeme s něčím srovnávat, mělo by to být moderní, podle posledních poznatků vědy a techniky. Srovnání s dřevěným pluhem je méně přesné než s parním strojem a to je opět méně přesné než srovnání s počítačem nebo složitým stojem. Dále než k počítačem řízeným strojům naše technika zatím nedošla. Proto nelze srovnávat s ničím výstižnějším. Jediná další možnost je s ničím nesrovnávat. Tím se však ochudíme o řadu možností jak pochopit hlouběji funkční principy složitých provázaných systémů, kterými organizmy nesporně alespoň částečně jsou.
9
Přiznám se, že když čtu představy J.B.Lamarcka o fungování organizmů, mám smíšené pocity. Ačkoli je jeho argumentace velmi inteligentní a promyšlená, scházejí fakta, v dané době neznámá, neobjevená. Následkem toho zůstávají z úvah použitelné jen některé obecné představy. Lamarckovo stěžejní dílo Zoologická filozofie z roku 1809 však má 600 stran. Důsledným rozvíjením neúplných faktů do velké šíře však nelze dospět ke správným výsledkům. Z odstupu přibližně 200 let jsou některé chyby v argumentaci Lamarcka zřetelně vidět. Přesto je jeho dílo obdivuhodné. I dnes si musíme stále připomínat, že velké části skutečnosti mohou být zatím nepoznané. Další výzkum může přinést překvapivé výsledky a současné představy se mohou ukázat jako naprosto nepodložené. Domnívám se, že s tímto vědomím je potřeba přistupovat nejen k dnešní klasické neodarwinistické teorii, ale i ke všem pokusům, vytvořit teorii jinou. Prosím abyste se na práci, kterou máte v ruce, takto dívali.
Poznámka: V následujícím textu budu používat slova jako "složitost" nebo "informace". Pojmy bych rád upřesnil. Informace v obvykle míněném Shannonově smyslu souvisí s nepravděpodobností uspořádání nějaké struktury nebo systému. Méně pravděpodobné, složitější systémy obsahují v tomto smyslu více informace. Molekulární biologové počínaje Francisem Crickem nevyjadřují informaci pouze v pojmech složitosti ale i specifičnosti. Specifičnost je "nezbytná pro funkci" systému (Crick 1958, Sakar 1996). Dembski (2002) použil termín "komplexní specifická informace", anglicky “complex specified information”, ve zkratce (CSI) jako synonymum specifické složitosti a tím odlišil biologickou informaci nezbytnou pro funkci od Shannonovy informace. 10
2. Dnešní vědecké klima
Klasické vysvětlení evolučního procesu, od vzniku života z neživých látek až po vývoj složitých organizmů je založeno na rozšířeném pojetí původní Darwinovy myšlenky. Neodarwinismus zasadil klasickou Darwinovu teorii do moderního rámce a tvoří vědecké paradigma, v rámci nějž jsou vysvětlovány všechny pozorované doklady a důkazy evolučního procesu. Paradigma představuje celkový vědecký rámec pro výzkum. Je to nejvyšší předpoklad, pomocí něhož se vysvětlují pozorované skutečnosti. Paradigma podléhá v procesu poznání změnám. Pokud přijímáme určité paradigma, říkáme tím, že víme jak svět „funguje a vypadá“. Jak výzkumy přinášejí další poznatky o přírodě a jejich zákonech, může se stát staré paradigma nevyhovujícím. Nejprve se začnou množit nevysvětlitelné anomálie, které nelze v rámci původních představ vysvětlit. Zdá se, že se věda dostává do slepé uličky. Zachvátí ji celkový chaos. Různí vědci se snaží vtlačit nově pozorované skutečnosti do starého rámce. Problémů přibývá a najednou dojde ke skokové změně. Touto změnou je přijetí nového paradigmatu. Původně nevysvětlitelné jevy se najednou zdají logickými a nutnými v novém světle. Věda může pokračovat dál. Důležité přitom je, že témata pro výzkum i pro nové teorie jsou určovány platným paradigmatem. Pokud tedy paradigma určité jevy neočekává, nikdo je nehledá. Pokud se přesto objeví, jsou násilně a často mylně vysvětlovány v existujícím, nevyhovujícím rámci. Příkladem tohoto vývoje ve vědě může být nahrazení klasické fyziky kvantovou mechanikou a teorií relativity. Pohyb planety Merkur, stáčení perihelia oběžné dráhy, neodpovídá přesně předpovědi newtonovské klasické fyziky. O rozporu vzhledem k existující teorii se vědělo. Někteří astronomové si mysleli, že se jedná o chybu pozorování. Jiní odchylky prohlašovali za nezjistitelné. 11
Příchod obecné teorie relativity stáčení perihelia vysvětlil. Pozorované chování planety Merkur bylo přijato jako jeden z důkazů nové teorie. Vidíme, jak změna paradigmatu způsobila zásadně jiný pohled na existující jev. To co se změnilo, nebyla existence jevu, ale jeho interpretace. Jevy existují a dají se pozorovat nezávisle na teoriích, které je popisují. Současné paradigma je platné pro všechny přírodní vědy, jako kosmologii, fyziku včetně kvantové teorie, chemii a další vědní obory. Společným předpokladem těchto vědních oborů je to, že příroda tvoří uzavřený systém příčin a účinků, které tvoří tento svět. Výsledky vědeckého bádání dávají plně zapravdu oprávněnosti takového přístupu. Věda funguje, její výsledky se dají v praxi úspěšně použít. Fungují stroje, komunikační družice umožňují spojení po celé Zemi, počítače zpracovávají data, léky pomáhají při léčení. Velkou výhodou vědeckého pohledu na svět je jeho univerzálnost a rozšiřitelnost. Postupem času se ke starším funkčním teoriím přidávají novější, které přinášejí přesnější (nebo správnější) popis sledovaných dějů. V tomto smyslu například obecná teorie relativity nahradila Newtonovu mechaniku. Často si takové zásadní změny vynutí i přehodnocení a změnu paradigmatu. V historii postupovalo vědecké poznání od snáze pochopitelných a experimentálně snadno ověřitelných teorií ke složitějším. Jako příklad vezměme opět Newtonovu mechaniku, která je založena na několika rovnicích. Úspěšně přitom popisuje řadu v přírodě pozorovatelných interakcí. Jedním z předpokladů Newtonovy mechaniky je existence neomezeného absolutního prostoru a času. Newtonova mechanika popisuje gravitační interakce hmoty a uvádí do souvislosti sílu se zrychlením a hmotností. Nepředpokládá žádné omezení maximální rychlosti pohybu, pohyby se v ní skládají prostým vektorovým
12
součtem. Do příchodu Maxwellových rovnic které jsou s ní v konfliktu, se zdála být univerzální a přesnou teorií. Maxwellovy rovnice popisují elektromagnetické interakce. Vyplývá z nich univerzální rychlost šíření elektromagnetických vln. Tato rychlost nezávisí na pohybu souřadné soustavy, se kterou je spojen pozorovatel, vždy se rovná stejné hodnotě, rychlosti světla. Maxwellovy rovnice nelze zkombinovat s klasickou Newtonovou mechanikou. Obě teorie nemohou být správné současně, buď platí jedna nebo druhá. Analýzou rozporů v předpovědích těchto teorií Albert Einstein vytvořil speciální a následně obecnou teorii relativity. Nové teorie vysvětlily rozpory v předpovědích Newtonovy mechaniky a Maxwellových rovnic. Ukázalo se, že předpovědi původní Newtonovy teorie jsou jen aproximací předpovědí nové teorie relativity pro malé rychlosti pohybu. Malé rychlosti zde míníme vzhledem k rychlosti světla. Rychlost světla je v měřítcích lidské zkušenosti velmi vysoká, přibližně 300 000 km/s. Teprve, když je rychlost zkoumaného pohybu srovnatelná s rychlostí světla, vynoří se relativistické jevy s takovou intenzitou, že mohou být pozorovány. Proto mohly unikat dlouhou dobu zpozorování. Pokud zkoumáme pohyby při rychlosti auta nebo vlaku, chová se všechno podle Newtonovy teorie. Dokonce pro výpočet drah kosmických sond k Měsíci nebo k Marsu se stále používá Newtonova mechanika. Nové teorie jsou obvykle po matematické stránce dosti sofistikované a často špatně pochopitelné, protože jejich předpovědi neodpovídají „zdravému rozumu“. Začalo to obecnou teorií relativity a pokračovalo kvantovou mechanikou. --------------------------------------------------------Pod čarou: Vysokou „neuvěřitelnost“ teorie relativity lze dokumentovat i na příkladu z nedávné minulosti. Počátkem 90. let byl v USA dán do provozu systém GSP – globální poziční
13
systém. Systém se skládá z družic, přesně obíhajících po určených oběžných drahách. Družice vysílají signály přijímané GPS přijímači na zemi. Analýzou přijatých signálů vypočítá přijímač svoji geografickou polohu. Systém stál mnoho peněz a při jeho tvorbě nebyl prostor pro chyby. Protože se družice pohybují poměrně rychle a navíc vysoko nad zemským povrchem, podléhají relativistickým jevům. Elektromagnetické vlny, které vysílá družice na zemský povrch klesají v gravitačním poli Země. Tím se zvyšuje energie fotonů, jimiž jsou tyto vlny tvořeny. Výsledkem je zvýšení kmitočtu u zemského povrchu vzhledem k vysílači na družici. Jinými slovy, čas v souřadné soustavě družice běží mírně jinou rychlostí než na povrchu Země. Jev byl předpovězen obecnou teorií relativity a každá družice systému GPS vysílá relativisticky korigovaný signál. Předpověď jiné rychlosti běhu času na družici vzhledem k zemskému povrchu byla pro řadu konstruktérů neuvěřitelná. Prosadili si tedy, aby ve shodě se „zdravým rozumem“, podle kterého běží čas všude stejně, bylo možno korekci vypnout a vysílat nekorigovaný signál. Po uvedení systému GPS do provozu byla nejprve korekce vypnuta. Přijímače udávaly nepřesné a v čase navíc nestabilní polohy. Po zapnutí relativistické korekce začal systém pracovat správně. Ukazuje se, že „zdravý rozum“ není vždy správným vodítkem. Současně to ukazuje na to, že teorie relativity je vysoce neintuitivní. Konstruktéry GPS nelze podezřívat z nízké inteligence. Přesto podlehli svému „zdravému rozumu“ a možnost vypnutí korekce do systému zabudovali. --------------------------------------------------------Výsledky dosažené kvantovou mechanikou jsou přitom vynikající. Patří k nim vysvětlení podstaty a vlastností chemických vazeb, vlastností polovodičů, vlastností atomových jader…. Současné výzkumy elementárních částic a navazující moderní teorie často ještě nemají statut obecně přijímané pravdy a patří spíše do oblasti perspektivních nedokončených teorií, jako například 14
strunové teorie. Strunové teorie představují moderní směr v teoretickém vysvětlení kvantových jevů. Místo pojmu bodové částice zavádějí pojem struny. Řada výpočtů v oblasti částic dává nekonečné výsledky. Je to dáno bodovým charakterem částic, jak je předpokládá klasická teorie. Strunové teorie interpretují částice jako malé, uzavřené smyčky, které mají svoje vlastní módy kmitání. Tím se odstraní problém s nekonečny, protože struny nemají nulovou délku. Strunové teorie předpovídají vesmír s více než třemi prostorovými rozměry. Předpokládají, že pouze tři rozměry jsou „rozvinuté“. Další rozměry prostoru jsou svinuté samy do sebe a proto nevyvolávají pozorovatelné jevy. Syntéza kvantové mechaniky a obecné teorie relativity tvoří základní složky moderního pohledu na kosmologii a teorii velkého třesku. V kosmologii stále přicházejí další upřesnění, týkající se především podstaty temné hmoty a kosmologické konstanty, tedy problému, jak přesně probíhá rozpínání vesmíru a je-li vesmír otevřený nebo uzavřený. Charakter vesmírné expanze má vliv na dobu existence vesmíru a tím na možnost vývoje organizmů. V oblasti výzkumu vzniku a především vývoje živých soustav přinesl průlomovou myšlenku Charles Darwin se svou teorií vzniku druhů. O více než sto let později byla jeho teorie modernizována začleněním nových poznatků o genetice, DNA a vzniku života z neživých látek – vznikl neodarwinismus. Vědci věří, že se v dohledné budoucnosti podaří vypracovat konečnou teorii všeho, která nabídne soubor bezrozporných rovnic, které budou popisovat celou realitu.
3. Teorie vzniku života
15
Neodarwinistická teorie se dnes chápe jako univerzální vysvětlení všeho, co se stalo během vzniku a vývoje živé hmoty. K původní teorii o vzniku druhů (darwinizmu) přibyly nové, rozšiřující teorie. Teorie chemické evoluce, která se snaží vysvětlit vznik jednoduchého autoreplikátoru chemickou cestou. Teorie genetických mutací, která klade rovnítko mezi původní Darwinovy odchylky a to, co dnes nazýváme mutacemi. Vzhledem k faktům, jimiž existence života i proběhlá evoluce bezpochyby jsou, hledají tyto teorie již jen přijatelné mechanizmy. Teorie chemické evoluce se pokouší nalézt kombinaci chemických látek a podmínek, aby mohlo dojít k samovolnému vzniku nejjednoduššího možného replikačního cyklu. Základní scénář vzniku života vychází z teorie ruského vědce A.I.Oparina a britského vědce J.B.S.Haldanea. Ti ve dvacátých letech dvacátého století vypracovali teorii, podle které vytvořily základní stavební bloky života blesky v prvotní zemské atmosféře. Volný kyslík v atmosféře vede k rozkladu organických molekul. Proto Oparin a Haldane předpokládali složení atmosféry, které se silně liší od současného stavu. Atmosféra měla být bohatá na vodík, metan (sloučenina vodíku a uhlíku, chemický vzorec CH4) čpavek (sloučenina vodíku a dusíku, chemický vzorec NH3) a vodní páry. Za takových podmínek by blesky mohly spontánně vytvořit složitější organické molekuly. Blesky v tomto scénáři dodávají potřebnou energii, aby chemické reakce mohly samovolně probíhat. V roce 1953 byl podniknut první pokus o podepření této teorie experimentem. Autorem pokusu byl americký doktorand Stanley Miller se svým školitelem Haroldem Ureyem. Zkonstruovali uzavřený přístroj. Po vyčerpání vzduchu jej naplnili směsí plynů, které měly tvořit prvotní atmosféru Země. Součástí uzavřeného okruhu přístroje byla i baňka s vodou, kterou zespoda ohříval kahan. Vypařující se voda vyvolávala cirkulaci plynů. Plyny se vracely zpět do baňky přes elektrické jiskřiště, které napodobovalo blesky 16
v atmosféře. Po necelém týdnu provozu přístroje odebrali výzkumníci vzorky vody. Identifikovali v ní několik aminokyselin, které jsou součástí proteinů. Vznikly ovšem i jiné organické sloučeniny, které nejsou obsaženy v živých organizmech. Pokus potvrdil první krok ke vzniku života, předpokládaný Oparinovou a Haldaneovou teorií. Již v šedesátých letech dvacátého století však dospěli geochemici k závěrům, silně zpochybňujícím složení redukční atmosféry. Britští geologové Harry Clemmey a Nick Badham v roce 1982 uvedli, že na základě analýzy hornin starých až 3,7 miliardy let nebyla atmosféra Země nikdy bezkyslíkatá. Již malé množství kyslíku přitom znemožňuje tvorbu aminokyselin způsobem, podobným jako v Millerově experimentu. Někteří vědci tvrdí, že atmosféra bezkyslíkatá být musela, protože jinak by se nemohly vytvářet látky potřebné pro start života. Jiní vědci tváří v tvář problémům s věrohodností Millerova experimentu navrhli jinou teorii. Vychází z předpokladu samovolného sestavení RNA (kyselina ribonukleová)v podmínkách rané Země. Tuto kyselinu používají buňky v procesu tvorby proteinů. RNA se v některých případech může chovat jako enzym, tedy katalyzovat (umožňovat a usnadňovat) chemické reakce. RNA by se tak mohla katalyzovat svoji vlastní syntézu. Tím by vznikl prvotní autoreplikační cyklus. Vznik rozumného množství RNA však není pravděpodobný. Její koncentrace by tak byla extrémně malá. Molekuly RNA navíc nejsou v podmínkách předpokládaných na prvotním zemském povrchu stabilní a snadno by se rozkládaly. Proto lze Millerova pokusu i předpokladu prvotního replikátoru tvořeného RNA použít pouze pro ilustraci. Za skutečného předchůdce živých organizmů je nelze považovat. (Pro úplnost je třeba zmínit ještě Cairn – Smithovu teorii vzniku replikátoru oklikou přes jíly, na které se později začaly vázat organické látky. I tato teorie je značně diskutabilní a neověřená) 17
Mechanizmus vzniku autoreplikátoru se stále nepodařilo uspokojivě vysvětlit. Jeho struktura musí být poměrně komplikovaná. Co je horší, tato struktura musí vzniknout celá „sama“, vlivem přirozených podmínek, přírodní výběr může nastoupit až poté, co se nejjednodušší autoreplikační systém sám rozběhne. Podobný replikátor nedovedeme sestavit ani uměle. Pokud by se vědcům podařilo plánovité sestavení jednoduchých replikátorů a prokázala se u nich možnost dalšího samovolného evolučního zlepšování, podstatně by to zvýšilo věrohodnost chemické evoluce. Uměle vyrobený počáteční replikátor by současně mohl posloužit k získání určité představy, jak mohly věci probíhat přirozenou cestou. Na základě zkušeností s uměle získaným základem života by snad šlo odhadnout, jak proces proběhl přirozenou cestou a jaké jsou jeho zákonitosti. Přes plány na vytvoření umělé buňky a úvahy o minimálním genomu se dosud nic z toho nepodařilo realizovat. Desetiletí výzkumů v oblasti samovolného vzniku života vyvolává další otazníky, přitom pochopení a vyřešení problémů je zatím v nedohlednu. Další vývoj živé hmoty (vznik mnohobuněčných organizmů, diverzifikace druhů…) je dokumentován konkrétními důkazy ve formě zkamenělin a fosílií, které neoddiskutovatelně dokládají evoluční vývoj. Jeho hnací silou jsou podle neodarwinistické teorie variace (představované mutacemi) a přírodní výběr, který způsobí, že náhodně lépe přizpůsobený organizmus bude mít více potomků. Tím se v populaci rozšíří lépe přizpůsobení jedinci a druh se změní (vynecháváme zde pro jednoduchost pohlavní výběr, genetickou rekombinaci a další jevy, ke kterým dochází až u vyšších, pohlavně se rozmnožujících organizmů). Existuje řada příkladů, že k určitým změnám u druhů dochází poměrně běžně. Například motýl drsnokřídlec březový mění průměrné zabarvení v populaci podle toho, jak tmavá je kůra na stromech v jeho teritoriu.(Nutno upozornit, že 18
v poslední době byly zpochybněny podmínky pozorování a tím i věrohodnost těchto jevů.) Výsledky lidmi provozovaného šlechtitelství ukazují, že k určitým změnám může docházet poměrně snadno (například rozdíly mezi plemeny psů). Podobným změnám, při kterých dochází pouze k modifikaci vlastností již existujícího živočišného nebo rostlinného druhu se říká mikroevoluce a jsou mnohokrát pozorovaným faktem. Naopak makroevoluce (například postupný vznik savců z plazů) je dokumentovaná pouze fosilními nálezy. Ty v řadě případů neukazují na jednoznačně definovatelné přechody a neumožňují jednoznačně určit, co bylo předkem čeho. Fosilní nálezy ukazují, že evoluce neprobíhala rovnoměrně, jak kdysi Darwin předpokládal, ale nepravidelně. Největší nerovnoměrností, o které nás informují zkameněliny je období kambria. V kambriu, v době před asi 500 miliony let, se náhle ve zkamenělinách objevují vyšší živočichové mnoha taxonomických skupin. Objevují se celé a utvořené kmeny a třídy organizmů. Jejich vznik, dokumentovaný fosíliemi je téměř náhlý, bez odpovídající evoluční minulosti. Vzhledem k tomu, že fosilní důkazy se jeví jako velmi přesvědčivé, nazývá se událost jako „kambrická exploze“ nebo jako „biologický velký třesk“. Autorem pojmu „biologický velký třesk“ je ruský fyzik Leonid.L.Morozov z moskevského Ústavu chemické fyziky. V první polovině osmdesátých let 20. století vytvořil teorii, která předpokládá v živých organizmech děje, připomínající fázové přechody v neživých látkách, tedy náhlé změny struktury za určitých podmínek. Fakt nerovnoměrného evolučního vývoje vysvětluje teorie přerušované rovnováhy. Předpokládá, že dobře adaptovaný druh vydržel beze změn obvykle dlouhou dobu. Pak se rovnováha mezi prostředím a tímto druhem porušila a druh se rychle změnil. Otázkou zůstává, jestli události rozměru „kambrické exploze“ lze bezezbytku vysvětlit podobnými mechanizmy. Dlouhým údobím stagnace následovaných rychlým přechodem vyhovují fosílie 19
podstatně lépe než představě rovnoměrné evoluce. Neodarwinismus přijal množství upřesnění k původní Darwinově teorii, teorie přerušované rovnováhy je jedním z nich. Postupně se tak vyvinuly veškeré formy života, které dnes na Zemi existují plus ty, které již vyhynuly a to z neživých látek, přítomných v praatmosféře a na povrchu Země před více než čtyřmi miliardami let. Existují i teorie vzniku života, které předpokládají vznik na jiné planetě (pravděpodobně v jiném hvězdném systému) a import na naši Zemi. Import by mohl být buď přirozeného, nebo umělého původu. V prvním případě by musely zárodky života, například baktérie nebo spory (jedná se o bakteriální buňku chráněnou před nepříznivými vlivy vnějšího prostředí speciální odolnou vrstvou), přežít pasivní let vesmírem. Po tom, co by se samovolně uvolnily z mateřské planety kdesi v kosmu, putovaly by pomocí tlaku světelných vln. Nakonec by byly zachyceny gravitačním polem Země a sestoupily by do atmosféry. Vzhledem k velmi nízké hmotnosti spor by je takový sestup nemusel tepelně poškodit. Výsledkem by byl import předpřipraveného života na Zem. Druhou možností je import pomocí hypotetického umělého nosiče mimozemšťanů. Ti by záměrně vyslali rakety se zárodky života do různých koutů vesmíru. Teorie importu života na Zem se nazývá teorií panspermie. Předložil ji britský fyzik a biochemik Francis Crick, jeden ze dvou objevitelů struktury DNA. Mezi vznikem života na Zemi nebo na jiné planetě ale zřejmě nemůže být velký rozdíl. Všude ve vesmíru platí velmi pravděpodobně stejné zákony. Rozdíl by tedy mohl být pouze v počátečních podmínkách na jiné planetě (jiné složení atmosféry, jiné teploty…) a v tom, že v takovém případě by měl život na svůj vznik více času. Vesmír je podle teorie velkého třesku starý asi 13,6 miliardy let, zatímco Země jen 4,6 miliardy. Předchozí generace planetárních systémů tak mohly existovat již několik miliard let před zformováním Země. Život 20
by tedy měl ke svému vzniku k dispozici více času. Pokud je teorie velkého třesku správným modelem vývoje vesmíru, mohlo by se jednat o maximálně dvakrát více času, než při spontánním vzniku na Zemi. Závěr je jasný - pokud život existuje (což je evidentní), pak musel vzniknout přirozenými procesy na naší Zemi nebo alespoň v našem vesmíru. V tomto smyslu je neodarwinizmus i bez úplného vysvětlení všech detailů evoluce jedinou možnou teorií vzniku života. Hmota, pocházející z velkého třesku neobsahovala žádnou informaci. Atomy se zformovaly až po určité době, kdy klesla hustota a teplota vesmíru. Nejprve vznikly atomy lehkých prvků, vodíku a hélia. Teprve po vzniku hvězd nastala éra výroby těžších prvků. Ty se vytvářely v hvězdných jádrech pomocí termojaderných fůzí. V konečné fázi hvězdného života dojde (za určitých předpokladů) k explozi hvězdy. Tak se těžší prvky rozmetají do prostoru. Mohou být potom zachyceny gravitačním polem ve vznikajících planetárních systémech. Žádný z těchto procesů ovšem nemůže dodávat do hmoty informaci ve smyslu organizovanosti. Pokud tedy existuje vysoká organizovanost živých systémů, musela vzniknout „sama“. Variace a přírodní výběr, po víceméně náhodném zažehnutí alespoň nejjednoduššího autoreplikačního cyklu, jsou dle neodarwinizmu jedinou možností. S životem ovšem musí být slučitelné vlastnosti hmoty, schopnost elementárních částic tvořit prvky, které umožňují vytvoření živých soustav. Po velkém třesku se nejprve vytvořily lehké prvky jako vodík a helium. Pouze z nich živé soustavy nelze podle všeho vytvořit, alespoň ne soustavy současného typu. Teprve, když se v jádrech hvězd vytvořily termojadernými reakcemi těžší prvky (uhlík,kyslík,dusík….), začaly být ve vznikajících planetárních systémech k dispozici stavební kameny života. Vznik života je tedy podmíněn vlastnostmi hmoty. Nevíme bezpečně, jestli může být stabilní i hmota s jinými 21
vlastnostmi, například v hypotetických jiných vesmírech. Pokud by uhlík měl odlišné vazebné vlastnosti než má, současné organické molekuly by nemohly existovat. Snad by bylo možné vytvořit život na jiné, neuhlíkaté bázi, ale to se již pohybujeme čistě v rovině neověřených dohadů. V každém případě platí, že vlastnosti hmoty jsou podmínkou nutnou pro existenci života. V tomto smyslu je alespoň „možnost vzniku života a evoluce“ předurčenou vlastností hmoty i podle neodarwinizmu. Proč má hmota právě tyto vlastnosti, a jestli by vůbec mohla mít jiné, nevíme.
Vraťme se nyní do období vzniku Darwinovy teorie, do roku 1859. O struktuře živých systémů tehdy nebylo mnoho známo. Daly se sledovat jen ty vlastnosti organizmů, na které stačil optický mikroskop. O vnitřní struktuře buněk se nevědělo téměř nic. Ernst Haeckel, dobový obhájce Darwinovy teorie zastával názor, že buňky mohou vznikat samy od sebe, protože jsou velmi jednoduché. Na základě výsledků pozorování optickým mikroskopem se domníval, že buňky nemají žádnou další vnitřní strukturu. Proto se mu zdálo snadno možné, aby takové „mikroskopické kousky želé“ vznikaly samy od sebe. Všeobecně tehdy převládal názor, že nejenom buňky, ale i hmyz může vznikat sám od sebe, protože drobná stvoření musí být velmi jednoduchá. Bylo to zásadní nepochopení situace. Teprve objev mikroskopu učinil podobným úvahám přítrž. Hmyz při pozorování pouhým okem vypadá velmi jednoduše. Pod optickým mikroskopem se však situace rapidně změní. Vyjde najevo, že tělo hmyzu obsahuje udivující množství detailů, kterými byli tehdejší výzkumníci velmi překvapeni. Nepochopení složitosti života bylo dáno tím, že nebylo s čím srovnávat. Člověk si může myslet, že moucha je jednoduchý tvor pouze v úplné neznalosti. Jak ve dvacátém století pokročila technika dále, došlo k odhalení řady struktur živých organismů. Najednou se i „jednoduchá“ buňka 22
proměnila v překvapivě složitou strukturu. Objevy učiněné pomocí elektronového mikroskopu zcela změnily pohled na vnitřní složitost (CSI) buněk. Posléze se podařilo analyzovat struktury bílkovin a řetězce DNA. Současně s výzkumem funkce enzymů a odhalení alespoň několika biochemických drah a cyklů začala vycházet najevo extrémní složitost fungování života. Pokrok techniky byl pro tyto objevy rozhodující. Možnosti optického mikroskopu končí u rozměru buňky. Protože rozlišovací schopnost je limitována vlnovou délkou světla, nemůže podobný mikroskop zobrazit detaily buněčné stavby. Maximem jeho možností je zobrazení eukaryontní buňky s nejasnou tmavou skvrnou uprostřed. Skvrna představuje nedokonalý obraz buněčného jádra. Vynález elektronového mikroskopu změnil situaci. Jelikož elektrony jsou částice s podstatně nižší vlnovou délkou, zobrazují za určitých podmínek asi 1000x jemnější detaily, než tomu bylo při použití světla. Pod elektronovým mikroskopem vypadá buňka jako velmi složitá struktura. Naděje, že by mohla být jednoduchá a samovolně vznikat tak vzaly za své. Další impuls přišel z jiného směru. V několika posledních desetiletích začal člověk vytvářet umělé struktury, složitostí alespoň řádově srovnatelné s živými soustavami. Nástup kybernetiky, počítačů a vyspělejších technologií způsobil, že si lidé uvědomili skutečnou složitost (komplikovanou vnitřní strukturu), která musí být v živých systémech zabudována. Konstruktér počítačem řízených průzkumných letadel snadno pochopí, že „obyčejná“ moucha je nedostižné zařízení. Analýza obrazových dat z očí v reálném čase, celková řídící logika zajišťovaná mozkem, ovládání letové a pohybové soustavy navíc v subminiaturních rozměrech je dnes technikou naprosto nedosažitelné. Přídavkem moucha ovládá například rychlou chemickou analýzu vhodné potravy a schopnost vytvářet kopie sebe sama.
23
Organizmy mají samozřejmě jinou vnitřní strukturu než současné stroje. Jinou z hlediska fyzické struktury, kde se v každé buňce opakuje informace potřebná k sestavení celého organismu. Jinou nepochybně i z hlediska formy zpracování dat v mozku (má-li jej daný organizmus), mozek nepracuje jako počítač se sériovým zpracováním instrukcí. Nicméně pokud platí, že složitost chování je funkcí vnitřní struktury systému, jsou dnešní počítače a stroje alespoň hrubým měřítkem, jakou míru vnitřní komplikovanosti je potřeba očekávat v každé buňce nebo bakterii. Podobné srovnání lidé v 19. století neměli a proto se ve svých úvahách mohli dopouštět obrovských chyb. Lze předpokládat, že i dnes stále dochází k podhodnocení vnitřní složitosti organismů. Zastávat toto stanovisko lze na základě historické paralely. Ještě po druhé světové válce byli lidé velmi udiveni, že netopýři používají pro orientaci ultrazvukový sonar. Důvodem údivu bylo to, že radar, který je sonaru principiálně podobný, byl teprve nedávno vynalezen a použit k válečným účelům. Tedy jak je možné, že „obyčejné malé zvíře“ používá podobný systém odedávna ? (více například v
knize
Richarda Dawkinse: Slepý hodinář) Nepochopení je tady zcela zásadní. Oči má řada zvířat a přece se schopnosti vidět a analyzovat viděné nediví nikdo. Přitom se jedná o mnohem složitější procesy, než jaké probíhají v radaru z druhé světové války. Teprve příchod srovnatelně složité technologie vytvořené člověkem odhalil extrémní komplikovanost analýzy obrazových dat a to navíc v reálném čase. Na úrovni, která by se byť jen blížila schopnostem běžných zvířat, to dnes není (a asi ještě dlouho nebude) pomocí technických prostředků možné. To naznačuje, že lidé si intuitivně nechtějí připustit komplikovanost systémů, které sami nevytvořili. Kdysi nebylo s čím srovnávat a tak převládal názor, že hmyz je velmi primitivní a bez vnitřních orgánů. V té době lidé neměli ještě ani parní stroj. Když měli 24
lidé nedokonalý radar, nechtěli věřit, že netopýr používá něco podobného a dokonalejšího, neboť získané odrazy svým mozkem navíc detailně analyzuje. Dnes mají lidé počítače a je pravděpodobné, že problém s představivostí přetrvává. Současná představa o fungování živých buněk vychází předpokladu, že existuje jednosměrný přenos informací mezi DNA a proteiny. Náhodné mutace v DNA pak ovlivní vlastnosti organizmu, a ten je podroben přírodnímu výběru. Zpětný zápis za života získaných informací zpět do DNA není možný (toto se někdy nazývá „centrálním dogmatem“ biologie - pohled je poplatný úrovni poznání 60. a 70. let). Alespoň tak to prezentují klasičtí neodarwinisté v čele s Richardem Dawkinsem. Některé pokusy se získáváním imunity bakterií proti antibiotikům však ukazují, že rychlost, se kterou se bakterie stávají imunní, neodpovídá možnostem klasického výkladu o přežití mutantních forem. Bakterie jako by jednak aktivně pracovala na přizpůsobení svých biochemických pochodů danému antibiotiku, navíc tuto získanou imunitu předává svým potomkům. Svou roli jistě hraje i horizontální přenos genů. Bakterie při něm poskytují část své DNA jiné bakterii v okolí. Tím se imunita proti antibiotiku může šířit z jedné bakterie do druhé. Dědění získané imunity bylo údajně sledováno i u savců, kde musí docházet k modifikaci pohlavních buněk, aby se znak mohl dědit. Výsledky podobných pokusů zpochybňují klasickou představu jednosměrného toku informací z DNA do proteinů. Tato pozorování zatím nebyla široce přijata vědeckou obcí a stále jsou ve stádiu prověřování, v současnosti se nepovažují za potvrzená. Pokud by se tyto jevy nakonec ukázaly jako reálné, znamenalo by to konec „centrálního dogmatu“.
25
Vezmeme-li v úvahu schopnosti buněk, zdá se nanejvýš nepravděpodobné, že by cytoplazma (vnitřní část buňky) sestávala z roztoku proteinů, které si v ní „jen tak plavou“. Starší teorie, která představovala buňku jako váček s roztokem proteinů tak musí být opuštěna. Naopak je potřeba předpokládat silnou míru organizace proteinových sítí v cytoplazmě. Každý protein je v kontaktu s okolními proteiny a vytváří tak vzájemně propojenou síť o velkém množství prvků. Tato síť je sídlem „inteligence“ buňky. V DNA se uchovávají informace o pořadí aminokyselin v jednotlivých proteinech. Ne DNA, ale buněčný mechanizmus proteinových sítí řídí čtení těchto dat a vybírá, které proteiny se budou vytvářet (exprimovat). Vzniklý protein musí být uveden do patřičného prostorového tvaru, konformace, která není definována pouze jeho primární strukturou, tedy pořadím aminokyselin. Prvním krokem při tvorbě proteinu je jeho sestavení z aminokyselin. Vždy, když se spojí dvě aminokyseliny, reaguje aminoskupina jedné aminokyseliny s karboxylovou skupinou druhé aminokyseliny. Tím se vytvoří spojení označované jako peptidová vazba.( Peptidová vazba – CO – NH – je kovalentní vazba mezi zbytky aminokyselin v peptidech a proteinech.) Tento proces se může opakovat velmi dlouho a tím se vytvoří dlouhý řetězec aminokyselinových „zbytků“. Vznikne tím protein, který je dlouhý typicky stovky až tisíce zbytků. Takový protein může zaujmout mnoho různých uspořádání. Protein má několik úrovní prostorového uspořádání. Především je to Alfa-šroubovice, tvořená stočením proteinového řetězce do spirály. Spirála je stabilizována vznikem dodatečných vodíkových vazeb. Dále se řetězec skládá do struktury vyššího řádu, nazývané Beta-hřeben. Hnací silou tohoto skládání jsou též příčné vodíkové vazby. Alfašroubovice a Beta-hřebeny jsou nazývány sekundární strukturou, primární strukturou je samotné pořadí aminokyselinových zbytků, tvořících protein. Následně se protein balí do poslední, terciární struktury, ve které vytváří specifické,
26
většinou kouli podobné uspořádání. Někdy se více podobně uspořádaných proteinů ještě spojí do kvartérního komplexu. Takový komplex se skládá z několika navzájem sdružených proteinů, které tvoří podjednotky výsledné soustavy. Tak je čtyřmi podjednotkami tvořen například hemoglobin, součást červených krvinek přenášejících kyslík. Po vytvoření primární struktury proteinu pomocí kopie úseku DNA je nutné navést protein na správný prostorový tvar, konformaci. Samotná primární struktura proteinu umožňuje vznik mnoha chemicky stabilních tvarů. Většina z nich je pro potřeby buněčných procesů nepoužitelná. Pokud by se do nich protein dostal, neplnil by svoji funkci. Proto při skládání proteinu asistují další, obklopující proteiny, proteinová síť. Navedení na patřičnou konformaci a zařazení proteinu do sítě je tedy také prací sítě samotné. Zpracování informací v buňce musí být v každém případě velmi složité a buňka musí být schopna řady logických operací vysoké složitosti a to obrazně i „bez mozku“. Průměrné hodnoty vlastností cytoplazmy jako například pH, nemusejí mít žádný význam, protože se v cytoplazmě mohou měnit na rozměrových škálách srovnatelných s rozměry proteinů. Buňka tak pravděpodobně nepřipomíná váček s náplní homogenní cytoplazmy, ve které „plavou“ proteiny, ale spíše strukturu křemíkového čipu, jakým je například mikroprocesor. Je opodstatněné domnívat se, že vnitřní struktura buněk je zatím podhodnocena, ještě nebyla detailně prozkoumána a výzkum stále přináší nové výsledky. Může na to mít vliv i skutečnost, že v případě živých organizmů se zásadně pracuje s pojmy z chemie (biochemie), které jinak evokují spíše představu chemikálií slévaných ve zkumavkách. Záleží při nich na koncentracích látek, teplotě, pH a dalších makroskopických parametrech reakce. Reakce sama je zpravidla poměrně jednoduchá, aby se vůbec dala zkoumat.
27
Představa na sobě ležících proteinů ve třech rozměrech, které zpracovávají informace tempem, srovnatelným s rychlostí počítače, je od „zkumavkové reakce“ hodně vzdálená. Rozdíl může být stejný jako v elektronice kde na jedné straně děláme pokus s uvolňováním tepla ve spirále vařiče, na druhé straně provozujeme mikroprocesor s desítkami milionů spínacích prvků. Oboje je přitom aplikací téhož – elektrického proudu. Zkoumání struktur, které sestávají z jednotlivých proteinů a současně jsou dynamicky proměnné, je velmi obtížné. Rozměrová škála takových systémů neumožňuje přímé zkoumání a to obzvláště v případě, kdy nesmí být podstatně narušena organizace systému. Očekávaná míra vnitřní složitosti je navíc velmi vysoká.
4. Složitost živých organizmů
Abychom mohli porovnávat vnitřní složitost (specifickou strukturu nutnou k vykonávání určitých funkcí, CSI /Complex Specified Information/) živočichů a strojů, vycházíme z předpokladu, že funkce systému je obrazem jeho vnitřní struktury. Pokud se podíváme na vyšší mnohobuněčné živočichy, vždy najdeme určité shodné rysy jejich stavby. Nezávisle na způsobu života a na prostředí, v němž se pohybují, obsahují takové organizmy vždy základní strukturu, potřebnou pro svou existenci. Je to nějaký druh vyživovací a dýchací soustavy, která dodává organizmu zpracovatelnou energii. Dále je to pohybová soustava, umožňující pohyb v okolním prostředí. Pro koordinaci pohybu jsou k dispozici smyslové orgány, většinou zrak, doplněný o další smysly v závislosti na životním prostředí. Data, která poskytují tyto orgány, se zpracovávají v nervové soustavě, u složitých organizmů v mozku. Ten je centrem řídící logiky pro celé tělo. Některé jeho funkce jsou zcela automatické, některé jsou vědomé. V závislosti na stupni 28
vývoje se především vědomé vlastnosti organizmů značně liší. Předpokládá se, že například mravenci obsahují předprogramované automatické funkce bez větších vlivů vědomí a učení během života. Naopak u člověka vědomí, myšlení a schopnost učení se tvoří podstatnou část mozkových funkcí. Z uvedeného plyne důležitý závěr: bez ohledu na způsob vzniku musí výsledný produkt splňovat určitá objektivní kritéria, vyžadované vlastnostmi okolního prostředí. Proto se struktura živých organizmů podobá struktuře složitých strojů. Jako příklad vezměme automatické vozidlo pro průzkum planety Mars. Takové vozidlo obsahuje nějaký zdroj energie, například solární články. Dále obsahuje pohybovou soustavu, tvořenou speciálním podvozkem s motory. Místo zraku používá kamery, místo hmatu senzory. Výstupy těchto „smyslů stroje“ jsou zavedeny do řídícího počítače, který koordinuje činnost vozidla pomocí ovládání podvozku a motorů. Vidíme, že struktura lidmi vytvořeného stroje a živého organizmu je podobná. Pro vykonávání určitých funkcí je prostě potřebná odpovídající struktura. Platí to nejen pro fyzickou strukturu systému, kterou jsme právě popsali, ale i pro strukturu řídící logiky. Funkce mozku musí být alespoň do určité míry analogické funkci řídícího počítače. Mozek i počítač dostávají ze „smyslů“ srovnatelná data a musí srovnatelným způsobem řídit následné reakce organizmu nebo stroje. Pokud se například myš blíží k překážce, nenarazí do ní ale vyhne se, nebo zastaví. Totéž provede i vozidlo pro průzkum Marsu. Je tedy evidentní, že v mozku myši došlo ke zpracování dat z očí, které ji informovaly o přibližující se překážce. K tomu též došlo i v počítači vozidla. Rozhodnutí obou řídících systémů bylo stejné, zabránit kolizi a tedy zastavit. Pokud známe program pro řídící počítač vozidla, víme, jaké analýzy musely být provedeny, aby bylo rozpoznáno blížící se nebezpečí. Pokud analýza signálu z kamery a ovládání podvozku 29
a motorů zabírá v počítači určitou délku kódu, lze předpokládat, že v mozku myši je to podobné. Ačkoli mozek nepracuje se sériovým zpracováním dat jako počítač, celková míra složitosti nutná pro provedení patřičného úkonu musí být podobná. Průměrná kamera dnes rozkládá obraz na statisíce, maximálně jednotky milionů obrazových prvků. Oko savce rozkládá obraz na řádově desítky milionů obrazových prvků (oko člověka na více než 100 milionů). Z toho se dá usoudit, že proces probíhající v mozku musí mít vyšší datovou průstupnost, než jeho počítačový protějšek. Totéž platí o komplikovanosti řízení podvozku vozidla ve srovnání s řízením pohybového aparátu, končetin myši. Proto bude požadovaná složitost (ve smyslu CSI) probíhajících pochodů u myši vyšší než u automatického vozidla. Nic na tom nemění ani skutečnost, že zpracování dat v mozku není stejného charakteru jako v počítači. Počítač je čistě digitální systém. Znamená to, že všechny údaje jsou v něm vyjádřeny ve formě číselných údajů. Při své práci tyto údaje porovnává, násobí, sčítá - podobnými čistě matematickými procesy se dobere výsledků. Výsledky mohou představovat rozhodnutí o tom, jak se zachovat v určité situaci. Mozek nejspíše používá nějaký druh analogové nebo smíšené reprezentace údajů. Určitá data v něm budou reprezentována pomocí rozdílné intenzity vzruchů, tedy způsobem, kterému říkáme u technických systémů analogové zpracování signálu. Takové zpracování může být úsporné z hlediska požadované rychlosti procesů v mozku. Jeho nevýhodou ale je určitá principiální nepřesnost, do signálu se vždy dostává nějaké množství šumu, které jej znehodnocuje. Zpracování v mozku každopádně musí být velmi složité, bez ohledu na přesný způsob realizace. U strojů přesně víme, jaká je vnitřní složitost, neboť jsme jejich konstruktéry. Délka řídícího programu vozidla je určující pro velikost paměti, která musí být do palubního 30
počítače instalována. Rychlost pohybu vozidla klade zase nároky na výkon počítače, protože podněty z kamery musí být zpracovány včas, dříve než vozidlo do něčeho narazí. Celková vnitřní složitost počítače a jeho programu pak musí umožňovat realizaci celkové řídící logiky se všemi potřebnými detaily. Výkonnost mozku nelze měřit takovým způsobem, jako to děláme u počítačů. Jiným způsobem realizovaný, avšak celkově srovnatelný výkon musí být v mozku k dispozici. Vezmeme-li v úvahu podstatně větší složitost a schopnosti myši oproti automatickému vozidlu, je předpokládaný výkon mozku mnohem vyšší než výkon řídícího počítače vozidla.
5. Možnosti prozkoumání složitých systémů
Složitý systém nemusí jít snadno prozkoumat a to ani v případě, kdy byl vytvořen lidmi. Jako příklad vezměme operační systém počítače. Běží ve známém prostředí, které je definováno strukturou počítače. Ta je do detailu známa, ne sice každému, ale výrobcům počítače (a jeho součástek) ano. Přesto není možné analyzovat všechny funkce a vlastnosti operačního systému, pokud k němu výrobce nedodá zdrojový kód. Zdrojový kód je zápis, který vytvářejí programátoři. Je ve formě srozumitelné pro člověka. Aby mohl hotový program, napsaný ve zdrojovém kódu, běžet na počítači, musí se upravit. Upraví se přeložením do instrukcí, srozumitelných počítači. Kódy instrukcí, seřazené za sebou se ve formě souboru (nebo více souborů) zaznamenají na nosič dat, třeba harddisk. Tento zápis je pro člověka nesrozumitelný, mikroprocesor počítače podle něj však dovede pracovat. Instrukce, probíhající procesorem vytvářejí funkce, které jim vtělili programátoři. Zpětná analýza z instrukcí na zdrojový kód však není reálná. Pokud chceme zdrojový kód analyzovat, musí jej výrobce programu zveřejnit.
31
I když není možné bezezbytku vztahovat počítačovou metaforu na živé systémy, ukazuje to na krajně obtížnou poznatelnost detailních pochodů v buňce. Vždyť kódy instrukcí operačního systému počítače jsou uloženy v „čitelné“ formě na harddisku a ví se že budou zpracovány sériově a jak, zatímco struktura proteinové sítě je jednak krajně obtížně čitelná (bez porušení), jednak nevíme, jaké chování máme očekávat. Složitost a provázanost probíhajících buněčných procesů i v „jednoduché“ prokaryontní buňce bakterie přitom téměř jistě o mnoho překonává složitost (ve smyslu CSI) operačního systému počítače. Z tohoto pohledu se zdá krajně naivní dřívější názor, že může být nalezena veličina (nazývaná entelechie), která nějak definuje život a je ve vztahu k ostatním fyzikálním veličinám, například k energii. Život je tvořen spoustou složitých interakcí, asi jako počítačový program. Neexistuje nic, co by mohlo systém tohoto typu popsat formou jednoduchého vztahu. Je to
spousta detailů a vazeb, jsou složité a k úplnému
pochopení systému je potřeba všechny prozkoumat. Stejně jako u počítačového programu existuje algoritmus, tedy jakýsi návod, jak má program probíhat, bude u živých systémů existovat nějaká podobná celková řídící logika. Proteinové sítě svojí činností vytvářejí makroskopické funkce, které se podílejí na chodu buňky. Některé tyto funkce již známe, jsou aktivovány například při dělení buňky. Celkový kontext řízení buněčných pochodů však znám není. Počítačový program lze plně vyjádřit zdrojovým kódem. Co v něm není, program neumí a nedělá. Pokud tedy někdo sleduje například chování operačního systému, jeví se mu složitý a postupně zjišťuje co všechno systém umí. Kdybychom ale studovali zdrojový kód, budeme mít všechny „schopnosti“ operačního systému ve srozumitelné podobě před sebou. Budeme schopni sestavit vývojové diagramy „celkovou logiku i s detaily“, podle kterých se operační systém chová. Nic nám 32
nezůstane skryto. Dostali jsme se až na nejnižší úroveň, na které lze systém zkoumat. Více informací, než je ve zdrojovém kódu systém nemá. Je to s konečnou platností úplný a vyčerpávající popis. Stejně tak i u buňky, nebo obecně každého živého systému, by měla existovat nejnižší úroveň. Úroveň pod kterou se již nedá jít a která definuje úplným způsobem chování systému. To, že je chování systému plně definováno, nemusí ještě znamenat, že je deterministické. Kvantové jevy mohou například zanášet jistou míru principiální neurčitosti do výsledku některých buněčných (biochemických) pochodů. Může to znamenat, že ze stejné situace proces přejde pokaždé do jiného stavu. Jednotlivé přechody jsou přitom definovány pouze statisticky na základě pravděpodobnosti. Takovéto chování sice vylučuje přesně předpovědět všechny konkrétní výsledky jednotlivých procesů, nesmí však vést ke ztrátě řídící logiky a tím ke smrti buňky. Počítače jsou konstruovány tak, aby stejné podmínky vždy vyvolaly stejnou odezvu, jsou tedy z tohoto hlediska deterministické. Nevíme, jestli se v buňce projevuje kvantově - mechanická neurčitost, případně, jak podstatné procesy v buňce zasahuje. Ani v případě, že by se neprojevovala (stejně jako u počítačů) vůbec, neznamená to plně determinované chování buňky. Pouhých několik procesů, běžících na různých časových škálách a majících spolu interakce, vyvolá chování, které může být značně nedeterministické. V takovém případě výsledek jednoho procesu ovlivňuje druhý. Pokud procesy nejsou synchronní, je okamžik ukončení prvního procesu z pohledu druhého náhodný. Pokud na sobě tímto způsobem závisí několik procesů, nelze jejich chování v čase jednoznačně popsat. Funkce buňky, stejně jako funkce operačního systému počítače nemohou být vyjádřeny v nějaké výrazně „kondenzované“ formě. Je to velký rozdíl oproti základnímu popisu fyzikálního světa, kde lze napsat rovnice, které popisují (například) 33
gravitaci. Pomocí nich lze vysvětlit široké rozmezí pozorovaných jevů. Je zásadní rozdíl mezi „fungováním“ sluneční soustavy a fungováním buňky (sluneční soustavu lze popsat několika rovnicemi, funkci počítače nebo buňky pouze pomocí komplikovaných popisů jednotlivých probíhajících procesů). Teprve rozvoj technologií v posledních několika desetiletích způsobil, že si to lze uvědomit v plném rozsahu. Určitě tedy nelze hledat nějaký formující princip života, který by měl přímý vztah k ostatním fyzikálním principům a veličinám. Fungování našeho počítače, který používáme jako metaforu života, nelze popsat nějakým obecným principem, počítačovou „entelechií“. Je to možné pouze pomocí zdrojového kódu a za předpokladu, že víme na jaké struktuře počítače kód běží. To na čem kriticky záleží, jsou detaily a téměř každý z nich je pro funkci důležitý. Způsob, jakým systém vznikl není pro vlastní funkci důležitý. Počítač byl zkonstruován člověkem a programy pro něj také. Funkce počítače na tom však nezávisí. Procesor zpracovává instrukce a podle nich počítač běží. Na složitosti programu přitom záleží, co všechno zvládá. Vždy se ale dá najít základní úroveň, u dnešních počítačů daná zdrojovým kódem programu. Co v něm není obsaženo, počítač „neumí“. V systému může být samozřejmě zabudováno i nedeterministické chování. Jeho neurčitost je však daná předem ve zdrojovém kódu například tím, že se vzájemně ovlivňuje několik procesů, běžících v různých časových škálách. Výsledkem je jakési zdánlivě nedeterministické chování, dané vnitřními proměnnými, které nejsou za běhu programu vidět. Počítač by také mohl využívat jevů kvantové neurčitosti. Pomocí nich by program prováděl rozhodnutí, které by nebylo určeno vnitřními proměnnými, bylo by z principu náhodné. Obvody, které by to umožňovaly, však nejsou součástí dnešních počítačů. Na základě uvedených principů pracuje každé zařízení, které lze nazvat mechanizmem. Jsou to principy, které známe, 34
věda je objevila a konstruktéři využívají. Podle přijímané mutačně-selekční teorie by i živé systémy měly být mechanizmy, pouze řádově složitější než lidské výtvory. To však nic nemění na skutečnosti, že by měla existovat jakási konečná hloubka složitosti, pod kterou již nelze v živém systému jít. O živých systémech se předpokládá, že se vyvinuly z neživých látek postupným vývojem kumulativní selekcí. Jak jsme již uvedli, způsob, jakým se systém vyvinul nesouvisí (v době běhu počítače nebo v době života) s jeho funkcí. Buňka, stejně jako počítač musí fungovat na základě konkrétních, na sebe prostorově a časově navazujících procesů. Kdyby procesy nefungovaly správně, buňka zemře a počítač havaruje například do nekonečného cyklu, v němž již nebude dále schopen vykonávat svoji původní funkci. Procesy, umožňující běh počítače nebo život organizmu nejsou jednoduché. Musí však jít konkrétně popsat a musí tedy mít konečnou hloubku složitosti v případě, že daný systém pracuje jako mechanizmus. S rostoucí komplikovaností roste i pravděpodobnost, že pokud dojde k chybě, nestane se systém okamžitě zcela nefunkčním, ale bude stále částečně fungovat. Jako jednoduchý příklad vezměme žárovku (jednoduchý systém) a počítač s částečně vadnou operační pamětí (složitý systém). Žárovka je buď v pořádku, nebo prasklá. Tato jediná chyba ji učiní pro původní účel zcela nepoužitelnou. Počítač s částečně vadnou operační pamětí může fungovat aniž se to okamžitě projeví. Chybou bude zasažen třeba jen jeden program, ležící v paměti, ostatní mohou dále fungovat. Počítač se stane částečně funkčním. Tato schopnost neztratit funkčnost okamžitě vytváří možnost, jak by se mohl složitý systém vyvíjet v čase, pokud by docházelo k jeho reprodukci, ale s určitými chybami. Pokud bude činnost nového, změněného systému testována v přirozených podmínkách provozu, jsou v zásadě čtyři možnosti. (Pro přehlednost budeme opět uvažovat naše přirovnání k počítači.)
35
1.Změna se nemusí projevit vůbec, například malá chyba v obrázku, zobrazovaném programem, způsobí tak nepatrnou změnu, že si jí uživatel ani nevšimne.
2.Chyba se ale může vyskytnout i v instrukcích programu, například textového editoru. Zde zpravidla způsobí nějaký problém. Jelikož ale program obsahuje řadu částí, objeví se chyba řekněme v nějaké méně podstatné části. Uživatel si ji všimne až po nějaké chvíli. Chod programu může být nadále možný, ale nesmí se používat určitá funkce, neboť vede k havárii nebo zřetelně nesprávné funkci. Uživatelé budou preferovat původní nezměněnou podobu programu, neboť v ní lze používat všechny funkce.
3.Chyba se vyskytne v programu na takovém místě, že program již nelze provozovat, například ani spustit. Takový program okamžitě všichni uživatelé odmítnou, neboť nefunguje.
4.„Chyba“ bude znamenat nějaký druh náhodného vylepšení programu. Například se projeví změna v údaji, který ovládá velikost písma v nabídkové liště programu. Písmo nabídek se zvětší
a bude proto čitelnější. Uživatelé budou preferovat
(více kupovat) program s touto zlepšující „chybou“.
Reakce uživatelů zde představuje metaforu přirozeného výběru. Pokud uživatelé nepoznají rozdíl mezi původním a změněným programem, došlo k „neutrální mutaci“, náš příklad č.1. Pokud preferují původní formu, bude se prosazovat oproti formě polofunkční a ta nakonec „vyhyne“, náš příklad č.2.
36
Pokud uživatelé program odmítají, znamená to jeho „smrt“ (s životem neslučitelná mutace), náš příklad č.3. Pokud budou uživatelé preferovat změněnou formu programu, nastala „mutace se selektivní výhodou“ a mezi uživateli se prosadí nová „mutovaná“ forma, náš příklad č.4.
Budeme-li vytvářet kopie z kopií programu a nabízet je uživatelům, ti budou preferovat kopii programu z příkladu 4, tedy zdokonalenou. Opakovaným kopírováním (nejlépe se prodává, proto ji nejvíce kopírujeme) nabude dominantního postavení na trhu. Časem se v kopiích objeví další náhodná chyba, a situace se opakuje. Opět se nejvíce rozšíří opakovaně zdokonalená kopie.
Uvedené bude platit i v případě, kdy většina změn v programu nevyvolá žádný efekt. To se může stát v případě, že většina programu je zbytečná, neboť byla nahrazena novými částmi. Staré části sice zůstaly, ale program se na ně za chodu nikdy neodkazuje. To je celkem běžná situace při vývoji programů, kdy ve zdrojovém kódu zůstávají staré části. Jsou mimo provoz, ale programátor je zapomněl vymazat. Dlouhým vývojem programu může být takových částí třeba i 90% délky programu. Potom budou neutrální nejen změny například v obrázcích, ale i v 9/10 programu, které ve skutečnosti nejsou využity. Více než 90% změn tedy bude neutrálních. Taková situace způsobí, že se zjistitelná změna v běžící části programu vyskytne s pravděpodobností nižší než 10%. Kopírování způsobí změnu něčeho podstatného méně často. Vyvolaná změna, pokud nastane v běžící části, však bude mít charakter jedné ze čtyř možností, jak jsme naznačili výše.
37
Kdybychom zde úvahy ukončili, mohli bychom konstatovat, že vývoj pomocí mutačně-selekční metody funguje. Tím jsme srovnáním s počítačem potvrdili oprávněnost neodarwinistického přístupu. Mutace a následný přírodní výběr zdánlivě mohou vylepšovat a snad i vytvářet složité systémy. Pokud však provedeme hlubší rozbor, situace se změní.
6. Hlubší rozbor možností změn
V každém složitém systému, ve kterém je mnoho funkčních vazeb bude převažovat možnost změny k horšímu. Pokud dojde k náhodné „mutaci“, velmi pravděpodobně se činnost systému zhorší. K přesnému ohodnocení pravděpodobností zhoršení a zlepšení bychom museli zkoumat konkrétní systém. To je v případě počítače obtížné a v případě živého systému prakticky nemožné. Nebrání to ale tomu, abychom udělali nějaký odhad. Lze předpokládat, že záporná mutace je pravděpodobnější o mnoho řádů. Můžeme udělat optimistický odhad a prohlásit, že na 100 záporných mutací se objeví jedna kladná (ve světě počítačových programů je to nesmírně optimistický odhad).
38
Udělejme si myšlenkový experiment. (Předem chci upozornit na řadu zjednodušení, které v zájmu přehlednosti provedeme. Především budeme zcela ignorovat rekombinaci, ke které dochází vždy když se spojí pohlavní buňky pohlavně se množících zvířat. Rekombinace, míšení genů, však nemůže do systému přinášet informaci (ve smyslu CSI), pouze ji jinak seskupí. Zjednodušení nemá vliv na hlavní linii argumentace.) Předpokládejme velmi složitý systém, tentokrát například organizmus zvířete, šelmy. V takovém systému existuje mnoho samostatných subsystémů, které jsou stále ještě složité. Nacházíme je v něm na mnoha rozměrových škálách. V buňkách jsou to základní biochemické dráhy, na vyšší úrovni můžeme zmínit takové systémy jako krevní oběh nebo strukturu a činnost mozku. Všechny tyto subsystémy jsou při zárodečném vývoji vytvářeny dle „návodu“ uloženém v DNA (genech) zárodečné buňky. Alespoň tak to tvrdí klasická neodarwinistická teorie. Řetězec DNA přitom v důsledku „molekulárních nehod“ při kopírování nese oproti rodičovským organizmům nějaké náhodné mutace (silně zjednodušeno). Pokud se jich vyskytne například 101, bude dle (námi odhadem přijaté) teorie pravděpodobnosti 100 negativních a jedna pozitivní. Předpokládejme, že pozitivní mutace zvýší naději zvířete na přežití tím, že bude mít následkem této mutace delší zuby. Zbylých 100 mutací se nemusí projevit destruktivně, protože se jedná o složitý systém. Předpokládejme navíc, že každá z těchto 100 mutací zasáhne jiný subsystém zvířete. Jedna například mírně změní metabolizmus buněk tak, že bude docházet k pomalejšímu zpracování kyslíku ve tkáních. Jiná ovlivní způsob zpracování obrazového signálu z očí tak, že se sníží rozlišovací schopnost. Podobným způsobem se projeví i ostatní mutace, každá jinde. Důležité je uvědomit si, že ve složitém a provázaném systému je pravděpodobnost negativní mutace vždy vyšší než pozitivní. Naše hypotetické zvíře tedy již svou
39
dávku štěstí vyčerpalo na to, že se mu jednou pozitivní mutací prodloužily zuby.
Výsledkem mutací v první generaci je tedy zvíře, které lépe přežívá díky delším zubům, ale současně v sobě nese 100 drobných, těžko zjistitelných zhoršení, které na přežívání nemají žádný rozhodující vliv. Protože lépe přežívá, zvíře bude mít více potomků, kterým předá svoje geny.
V další generaci dojde opět k mutacím, předpokládejme, že jich bude opět 101. Jedna z nich bude kladná a způsobí prodloužení nohou zvířete. 100 dalších bude záporných a projeví se na jiných místech. Pokud jsou mutace náhodné, nemohou se prakticky nikdy vyskytnout na stejných místech genomu, jako v první generaci. Mutacemi budou tedy zasaženy jiné subsystémy, například se mírně změní produkce inzulinu a zvíře bude trpět lehkou cukrovkou. Současně dojde k dalším 99 mírně nepříznivým zásahům do různých jiných subsystémů. Výsledkem mutací v druhé generaci je zvíře, které přežívá ještě lépe, protože má delší zuby a delší nohy. Současně v sobě nese již 200 mírných zhoršení oproti původnímu stavu. Tato zhoršení jsou stále ještě maskována zlepšeními, která způsobují, že zvíře lépe přežívá a má více potomků, kterým předá svoje geny.
Pokud necháme běžet pomyslný vývoj dále, generaci za generací se bude zvíře sice zrychlovat, ale současně i chřadnout. Po určitém počtu generací začnou převládat problémy, způsobené negativními mutacemi v subsystémech. Dále již nebudou umožňovat život a zvíře uhyne, bez možnosti mít potomky. Uhyne tedy statné zvíře s dlouhými zuby a rychlýma nohama, ale s nefunkčním metabolizmem a dalšími poruchami. Ani
40
další zvířata stejného druhu v populaci na tom nebudou lépe. Ačkoli i je náhodné mutace občas zdokonalí, na každé zdokonalení se vyskytne 100 dalších, zhoršujících zásahů do fungování zvířete. Postupně tedy snad proběhne nějaká selekce přírodním výběrem (směrem k lepším vlastnostem), ale současně bude druh nevyhnutelně směřovat k vyhynutí, protože negativní náhodné mutace jsou pravděpodobnější a přírodní výběr je nemůže všechny odstranit. Jednotkou selekce přírodního výběru je celé zvíře, ne jeho části.
Problém s možností zdokonalení vzniká proto, že mutace jsou náhodné a složitý systém je náhodnou změnou pravděpodobněji zhoršen než zlepšen. Vznikne-li v každé generaci několik mutací, bude většina z nich záporná u všech zvířat v této generaci. Nějaká ta kladná mutace nemůže situaci zachránit, přestože přírodnímu výběru jsou vystavena všechna zvířata v dané generaci. Jelikož generace přicházejí za sebou v čase (i když se mohou překrývat), přes probíhající přírodní výběr bude množství negativních mutací narůstat, a ve výsledku celou populaci zahubí. To se stane všem populacím všech druhů. Podle teorie pravděpodobnosti a podle vlastností složitých systémů by život neměl být stabilní. Nic na tom nespraví ani tvořivá moc přírodního výběru, protože jsou mu k posouzení předkládána vždy zvířata, která mají více zhoršení (byť latentních a třeba ještě neviditelných) než zlepšení. Ani když z nich vybere ta nejživotaschopnější, nelze průměrné degradaci nijak zabránit.
Budeme-li předpokládat, že mutace jsou tak vzácné, že se v každé generaci vyskytne jen jedna, nezmění to na našem argumentu nic. 100 mláďat tak bude mírně zhoršených a 1 zlepšené. Rozdíly budou ovšem velmi malé, jiné klasická neodarwinistická teorie ani nepřipouští. Selekce přírodním
41
výběrem nemůže situaci zachránit. Nelze očekávat nějak velmi vysokou selektivitu výběru mezi téměř stejnými organizmy. Proces úpadku bude pomalejší, než když se v každé generaci objeví 101 mutací, jako v našem minulém příkladu. Změny nastalé při mutacích nelze vzít zpět, neboť původní organizmy již zemřely. Genofond populace v další generaci tvoří 100 mírně zhoršených a jedno mírně zlepšené zvíře. Jedno dokonalejší zvíře nemůže mít dostatečný počet potomků na to, aby potomci zhoršených zvířat byli v menšině. Navíc potomci zlepšeného zvířete budou v poměru 100:1 zhoršení. Ředění zlepšení v populaci je tak velmi vysoké a současně se stále více procent populace zhoršuje. Výsledek bude pravděpodobně stejný, jako když v jedné generaci dojde k více náhodným mutacím (pouze úpadek bude pomalejší), viz náš minulý příklad. Pokud by postup s náhodnými mutacemi a přírodním výběrem fungoval, bylo by možné počítačové programy vylepšovat tak, že bychom do nich zanesli určité množství náhodných chyb. Následně bychom testovali, jestli se funkčnost programu náhodou nezlepšila (ekvivalent přírodního výběru). Nikdy bychom se však nesměli vrátit k originálu (ten již v případě srovnání se zvířetem zemřel a k dispozici je jen potomstvo). -------------------------------------------------------Pod čarou: To že se nesmíme nikdy vrátit k původní verzi je důležité. Pokud bychom se mohli vždy po vyhodnocení, že změna byla negativní vrátit zpět a zkusit jinou, pomalý vývoj by byl alespoň teoreticky možný. Jestliže ale změna nastala na nám neznámém místě a k originálu se již nelze vrátit (protože zemřel), máme v kopii téměř jistě negativní změnu. Ta se navíc nemusí hned silně projevit. Změna v další generaci nastane skoro jistě na jiném místě, nám opět neznámém. Umělý nebo přírodní výběr je v tom okamžiku téměř bezmocný. Pouze ve velmi malém počtu případů se podaří zachytit nějakou pozitivní vlastnost, ve všech ostatních (stovkách, tisících, milionech…. 42
?) případech se funkčnost mírně zhorší. Toto zhoršení nemůže být selektivně odstraněno pomocí výběru, protože je z definice velmi malé. Pouze je-li náhodou velké, živočich nepřežije (nebo program se ani nerozběhne) a výběr jej ihned úplně odstraní. Na podobné, zásadně nevýhodné mutace se však mutačně-selekční teorie nemůže odkazovat. Jejím cílem je vysvětlení postupného nárůstu složitosti (CSI) v autoreplikačních systémech, ve kterých dochází k malým odchylkám od originálu v každé generaci. --------------------------------------------------------Pokud zaneseme do textového editoru například 101 náhodných malých změn, bude menší zázrak, jestli se rozběhne. Předpokládejme však že ano, a že má hezčí barvu pozadí než měl originál (to je ta 1 pozitivní mutace). Máme v něm ale již 100 dalších změn, které se projevují haváriemi v četných částech programu. Řekněme, že nám to nevadí a upřednostníme vzhled. Zaneseme do programu dalších 101 náhodných změn, abychom simulovali další generaci. Nyní již je skoro jisté, že program nepoběží vůbec. Pravděpodobnost, že by se nám podařilo program náhodnými změnami „vyšlechtit“ k lepším výsledkům, je velmi nízká, reálně nulová. Ve všech dalších „generacích“ se nám projevují záporné změny. Tyto změny nelze korigovat, a v programu se kumulují.
Lze to říci také tak, že uspořádaná sekvence znaků v DNA (genech) obsahuje význam, který se při vývoji mnohobuněčného organizmu ze zárodečné buňky zhmotní pomocí složitých procesů. Tato sekvence je jako text. Obsahuje nějaké množství informace (CSI), větší než náhodný řetězec stejné délky. Náhodný řetězec představuje jen „šum“. Pokud začnou na nenáhodnou sekvenci působit náhodné mutace, začne se sekvence postupně měnit na šum. Tento „šum“ může být tvořivě využit pomocí přírodního výběru pouze v případě, že se náhodně zlepší nějaká vlastnost. Jelikož ale mutace na náhodných místech představují téměř vždy 43
zhoršení, a jelikož je řetězec změněn na několika místech v každé generaci, nelze se vyhnout nárůstu neurčitosti. Původně uspořádaná sekvence se tak bude dostávat blíže a blíže k náhodnému pořadí. Časem ztratí význam natolik, že přes selektivní přírodní výběr dojde k celkové degradaci. Uvedené platí i v případě, že je evoluce ovlivňována i jinými (mimogenetickými, tedy negenetickými) faktory, avšak pokud organizmus pokládáme za mechanizmus. Lze předpokládat, že pravděpodobnost pozitivní mutace 1:100, kterou jsme použili v našem myšlenkovém experimentu, je velmi optimistická.
Pokud budeme daný systém považovat za mechanizmus (všechny stroje a počítače jsou mechanizmy), pak se nelze vyhnout vzrůstu počtu chyb ve fungování tohoto mechanizmu, když na něj působí náhodné vlivy. Stabilizující vliv přírodního (nebo umělého) výběru, pracujícího na základě zachycení pozitivních změn, nebude dostatečný. V systému se vždy objeví i změny, které nelze výběrem zachytit a přitom jsou negativní. Z dlouhodobého hlediska se bude funkčnost systému zhoršovat generaci za generací.
V několika posledních desetiletích byly objeveny určité jevy samoorganizace v systémech daleko od termodynamické rovnováhy. Tyto organizační principy nemohou vysvětlit vznik složitých provázaných soustav, protože výsledkem jejich působení jsou pouze varianty periodických struktur. Periodické struktury obsahují opakující se sekvenci. Proto nejsou nositelem žádné rozsáhlé informace. Příkladem periodických struktur jsou krystaly. V nich se opakuje stále totéž uspořádání. Miliony a miliardy atomů v nich mají strukturu, nenesou však informaci. Tím se od aperiodických struktur zásadně odlišují. Aperiodické struktury mají charakter textu, mají vysoký nenáhodný obsah informace
44
V roce 2002 v Austrálii provedené výzkumy potvrdily, že ve velmi malých objemech, kde interaguje malé množství částic může krátkodobě klesat entropie, jinak řečeno růst organizovanost. Předpokládá se, že by podobné mechanizmy mohly hrát roli v živých organizmech, případně že by se daly využít při konstrukci nanotechnologických zařízení. Jelikož ale se vzrůstajícím rozměrem systému prudce klesá pravděpodobnost takového děje, možnost, že by se tím daly vysvětlit zásadní kroky ve vývoji organizmů je velmi malá. Pokud musí vývoj postupovat metodou malých změn, vše co jsme již zmínili o pravděpodobnostech mutací zůstává v platnosti. Proto se domnívám, že klasický mutačně-selekční model nemůže představovat dostatečné vysvětlení pozorovaného evolučního vývoje. Zřejmě je vysvětlením částečným a je potřeba jej o něco doplnit. Znamená to, že ještě neznáme všechny jevy, které je nutno vzít v úvahu. V následující části se pokusím předložit hypotézu, která si nečiní nárok na to, že je pravdivá. Nazývám ji teorií primární reality.
45
7. Teorie primární reality Složitý systém může být zajištěn proti náhodným chybám. Počítač například nespustí program, u kterého nesouhlasí kontrolní součty, při čtení z disku nahlásí chybu. Tím program nelze použít a z dalšího vývoje je vyloučen. V použití zůstávají jen nezměněné kopie. Dále lze proti chybám využít několikanásobné kopie téže sekvence, program může být na datovém médiu uložen řekněme v deseti kopiích. Před spuštěním se kopie porovnají. Pokud je jich více naprosto stejných a některá je jiná, lze ji vyřadit jako poškozenou. V další generaci lze znovu vytvořit deset kopií podle těch stejných, nepoškozených. Tak lze systém udržet stabilním po prakticky neomezený počet „generací“, pokud pracujeme s dostatečným počtem kopií. Takto koncipovaný systém je sice stabilní, nemůže se ale náhodnými mutacemi a následným zachycením příznivých odchylek pomocí přírodního výběru vyvíjet. Aby to bylo možné, musel by se systém skládat ze dvou částí. První by byla stabilní část, jejíž stabilita by byla zajištěna například pomocí vícenásobných kopií a vzájemnému porovnávání. Druhou částí by byla část, ve které nejsou náhodné změny nijak opravovány. Tato část by obsahovala jakési parametry, které se mají nastavit (vyvinout) pomocí přírodního výběru. Stabilní část by musela poskytovat pracovní „pozadí“ pro evoluci v druhé, náhodně modifikovatelné části. V takto organizovaném dvousložkovém systému skutečně může probíhat adaptivní, kumulativní selekce vlastností. Do této kategorie patří programy, které demonstrují evoluci na počítači. V takových programech „neevolvuje“ celý program, ale jen část, k tomu určená. Pokud například Richard Dawkins ve své knize Slepý hodinář demonstruje evoluci biomorf (počítačem generované grafické objekty), používá k tomu program, který se nemění. Ukazuje, že umělým výběrem lze skutečně vyšlechtit různé zajímavé tvary biomorf. Mění se však pouze „geny“ a ty jsou 46
představovány proměnnými programu. Pokud by se začaly měnit vlastní programové instrukce, program by havaroval a další evoluce biomorf by nebyla možná.
Na základě úvah o systémech, které mají dvě části, stabilní a proměnnou, můžeme vymyslet konkrétní systém, který lze vylepšit náhodnými mutacemi. Představme si továrnu na televizory, kde se vyrábějí funkční přístroje. Nemají však nastaveny ani přibližně správně parametry obrazu a zvuku – kontrast, barevný kontrast, jas a hlasitost. U normálního přístroje jsou nastavení dostupná pomocí dálkového ovládání. V továrně byly nastaveny a každý (kdo si televizor koupí) si je upraví tak, aby mu vyhovovaly. V našem příkladu to tak není. Parametry nelze z dálkového ovládání vůbec nastavovat. Továrna vyrobí nejprve první sérii, „generaci“, televizorů s úplně náhodným nastavením. Některé přístroje budou mít obraz velmi temný, jiné příliš jasný. Náhodně se objeví i zhruba správné kombinace parametrů. Pouze ty přístroje, které budou mít přiměřeně správně nastaven obraz a současně i přiměřenou hlasitost zvuku se prosadí na trhu. Další generaci odvodíme v naší továrně z těchto dobře prodejných přístrojů tím, že náhodně mírně změníme hodnoty nastavení a přístroje opět uvedeme na trh. Zákazníci opět vyberou optimální nastavení, a tím „zlepší“ obraz i zvuk přístrojů. Pokud budeme televizory prodávat do různých prostředí, můžeme si všimnout rozdílů. Přístroje prodávané do restaurací získaly „evolucí“ vyšší hlasitost i jas obrazu než ty prodané do ložnic. Vlivy prostředí mají vliv na nastavení „genů“ obrazu i zvuku a hodnoty těchto genů skutečně byly získány kumulativní selekcí. Stabilní částí je zde elektronika televizoru, náhodně modifikovatelnou část představují parametry, „geny“, obrazu a zvuku.
47
Z uvedených úvah vyplývá, že pokud má být evoluce pomocí náhodných mutací možná, musí existovat stabilní jádro systému, které poskytuje evoluci pracovní pozadí, viz obr 1.
Obr 1.
Složitost pracovního pozadí je rozhodující pro možnosti evoluce. Pokud se může například měnit pouze jeden parametr „gen“, evoluce optimalizuje jeho hodnotu a dále se nedostane. Pokud by začaly náhodné zásahy do stabilního jádra systému, ten se po nějaké době zhroutí. Projeví se vyšší pravděpodobnost záporných změn oproti kladným. Proto není možné očekávat, že evoluce složitých systémů může vycházet z jednoduchého pracovního pozadí. Počet proměnných „genů“ musí být pro možnost evoluce složitých systémů vysoký. To znamená i vysokou složitost pracovního pozadí. Pokud budeme předpokládat postupný vývoj od jednobuněčných organizmů až k savcům, bude obtížné představit si stabilní část systému, která by mohla zůstat po celou dobu stejná. Počet genů, které „ovládají“ jednobuněčný organizmus se liší od počtu genů nutných pro zárodečný vývoj a řízení složitého mnohobuněčného těla savce. Pokud nejsou zásahy do stabilního pracovního pozadí možné, nelze vysvětlit postupný vývoj druhů ve směru od jednodušších ke složitějším. Pokud předpokládáme, 48
že organizmy fungují jako mechanizmy, můžeme vysvětlit nanejvýš stabilitu druhů. Druhy se mohou přizpůsobovat prostředí pomocí předem určených nastavitelných parametrů. Je to obdoba našeho příkladu s nastavením parametrů obrazu a zvuku u televizoru pomocí preferencí zákazníků. Pokud ale necháme náhodně „mutovat“ zapojení obvodů a hodnoty součástek, televizory přestanou záhy pracovat, bez ohledu na stabilizující vliv výběru zákazníků. Vnesení nových funkcí do systému, například vývoj dálkového ovládání televizoru tímto způsobem, je prakticky nemožné. Pokud budeme chtít vytvořit složitější organizmy z jednodušších pomocí náhodných mutací v celém organizmu, (ne jenom v jeho k tomu určené části) a jejich zachycení přírodním výběrem, dostaneme se do potíží. Je to proto, že pravděpodobnost záporné mutace (tedy takové mutace, která způsobí špatnou funkčnost nebo nefunkčnost) je o mnoho vyšší než kladné. Přírodní výběr nemůže být silně selektivní, reagovat ostře na velmi malé odchylky. Jeho tvůrčí a stabilizující vliv je nedostatečný.
Přes všechny uvedené výhrady k vývojovému mechanizmu je evidentní, že k vývoji došlo. Vesmír je nejspíše skutečně tak starý, jak prokázali kosmologové (asi 13,5 miliardy let), Země je skutečně stará asi 4,6 miliardy let. Na prvopočátku na Zemi panovaly podmínky, za kterých život nemohl na jejím povrchu existovat. Zkameněliny ukazují, že k vývoji od jednobuněčných organizmů až k savcům skutečně postupně došlo. Jinak tomu ani být nemohlo. Proces, který by najednou sestavil mnohobuněčné tělo, je stěží představitelný. Ať jsou mechanizmy evoluce jakékoli, musela začít u jednoduchých struktur a pokračovat směrem ke složitějším. Je to dáno samotnou logikou věcí. K dispozici máme i přibližný časový rámec evolučních změn,
49
zachycený ve fosíliích. Život existuje a tím je současně dokázán jeho vznik na Zemi, případně přenos na Zem z jiné části vesmíru (teorie panspermie). Teorie panspermie ovšem nijak nepřispívá k pochopení vzniku a vývoje ranného života, pouze jej posouvá na jiné místo ve vesmíru.
Proto je potřeba respektovat současně dvě zdánlivě neslučitelné věci. Všechno, nebo téměř všechno co zjistily přírodní vědy, je nutné považovat za fakta. Faktem je evoluce, faktem je stáří vesmíru, platí závěry teorie relativity i kvantové mechaniky. Faktem jsou zákony dědičnosti i zjištění evoluční biologie. Na druhou stranu je faktem i velmi obtížná možnost vývoje a stability náhodně se měnících složitých systémů. Klasický mechanizmus evoluce „mutace-přírodní výběr“ tak nemůže evoluci ani stabilitu života plně vysvětlit. Musí však být součástí vysvětlení, protože jinak by se zase nedalo vysvětlit pozorované množství druhů organizmů v biosféře a jejich často složité a evidentně adaptivní přizpůsobení podmínkám i sobě navzájem. V této nelehké situaci se řada vědců prostě rozhodne přijmout „menší zlo“ a považovat klasickou vývojovou teorii „mutace-přírodní výběr“ za správnou. Vzhledem k tomu, že ne všechny vlastnosti složitých systémů lze snadno definovat a posoudit, zdá se, že je to odpovídající rozhodnutí. Řada vědců pracujících v příbuzných oborech o věci ani dlouze neuvažuje a přijme ji jako fakt na základě autority jiných vědců. Někteří vědci ve funkčnost a adekvátnost klasické teorie upřímně věří. Často si asi ani neuvědomují, že pokusy, pomocí nichž se snaží tuto teorii podepřít, mnoho nedokazují (například Richard Dawkins a jeho vývoj počítačových biomorf). Hlasy vědců nespokojených s klasickou teorií se výrazně ozývají. Jedná se o zastánce teorie inteligentního návrhu (ID), mezi které patří například již zmíněný americký
50
biochemik Michael J. Behe. Jiní poukazují na nereálnost spontánního vzniku života pomocí chemické evoluce, například autoři knihy Tajemství vzniku života - Charles B. Thaxton, Walter L. Bradley, Roger L. Olsen. Tito autoři podrobně analyzují podmínky možného spontánního vzniku prvotního autoreplikátoru. Analyzují podmínky na ranné Zemi. Zabývají se vazebnými energiemi v předpokládaných reakcích a strukturami vznikajících sloučenin, které by mohly mít význam z hlediska vzniku života. Výsledkem jejich rozboru je zjištění téměř nulové pravděpodobnosti spontánního vzniku potřebných struktur. Problémy a nejasnosti se vyskytují ve všech složkách a stupních současné vývojové teorie. Je subjektivní volbou, jestli je uznáme za nepodstatné nebo naopak zásadní.
Vezmeme-li v úvahu vlastnosti systémů typu mechanizmus tak, jak je zná dnešní věda a technika, nelze klasickou teorii považovat za dostatečnou. Technické výtvory člověka jsou mechanizmy vždy. Nezáleží na tom, jestli se jedná o auto nebo o počítač, konečná hloubka složitosti a definice funkcí pomocí „zdrojového kódu“ nebo plánu je zde pokaždé. Zdokonalovat takové systémy lze pouze na základě úprav, které jsou předem rozmyšlené a koordinované. Již jsme ukázali, že mechanizmus náhodné změny a zachycení výhodných změn přírodním výběrem je nedostatečný. Důvodem je podstatně vyšší pravděpodobnost náhodné negativní změny než náhodné pozitivní. Přírodní výběr nemůže být v případě malých změn (a ty se v klasické vývojové teorii předpokládají vždy) silně selektivní. Tím se do dalších generací přenáší organizmy, které jsou sice mírně lépe přizpůsobené svému okolí, současně však podstatně více degradované negativními změnami.
51
Často citovaný dlouhý čas, který byl k dispozici pro vývoj života, problém neřeší. Vývoj se potýká s nepřízní pravděpodobnosti stále, ne pouze při prvním kroku vzniku života. Pokud dojde z chemických látek k náhodnému vzniku jednoduchého autoreplikátoru, neznamená to, že jeho složitost (CSI) začne stoupat. Buď systém upadne do jednoduché smyčky, která se snad může nějakou dobu udržet, nebo se po několika cyklech zase rozpadne. Stejně tak, pokud se přemístíme na úroveň rozvinutého života, například mnohobuněčných živočichů, není možné klasickým způsobem vysvětlit ani jejich stabilitu. Vývoj tak probíhá celou dobu proti směru procesů, které jsme schopni pomocí současných vědeckých teorií (teorií na základě kterých konstruujeme stroje a zařízení) rozumně vysvětlit. Rozumným vysvětlením myslím takové vysvětlení, které není extrémně nepravděpodobné. Za jakýsi limit pravděpodobnosti bychom mohli vzít pravděpodobnost 1:N, kde N = počet všech elementárních částic ve vesmíru, tedy ani ne 1:1099. Takto „vysokou“ pravděpodobnost však nelze při použití realistických (dnes pochopitelných a vysvětlitelných) modelů evoluce získat. Snadnější, než se odkazovat na velmi nízké pravděpodobnosti by bylo objevit přijatelnější evoluční mechanizmus.
Lidé nedovedou u čistě technických produktů zvyšovat složitost pomocí náhodné úpravy a jejího zachycení přirozeným (nebo umělým) výběrem. Chápeme proč tomu tak je. Víme, že pouze v případě, kdy systém má dvě části - stabilní „pozadí“ (definované jako procesy, které nesmějí být náhodně měněny) a náhodně proměnnou
část, může docházet k určité optimalizaci
vlastností pomocí procesu „náhodná změna – výběr prostředím“. Na tomto principu pracují počítačové programy pro ilustraci evoluce, například Dawkinsovy biomorfy.
8. Co to znamená ?
52
Ve světle současných znalostí a zkušeností z řešení technických problémů, tedy z oblasti konstrukce přístrojů a programování počítačů se klasický mechanizmus evoluce zdá být neudržitelný. Přesněji řečeno, zřejmě nemůže být mechanizmem jediným. Pro udržení evoluce v chodu je podle dnešních poznatků potřeba minimálně stabilní pracovní pozadí, které nesmí být zasaženo náhodnými změnami. Pokud se ale systém má vyvíjet k vyšší složitosti (CSI), ani tento požadavek nestačí. Množství proměnných parametrů musí být v nějaké spojitosti se složitostí systému. Znamená to, že jednobuněčný organizmus má méně „nastavitelných“ parametrů než mnohobuněčný. Vznik orgánů mnohobuněčného těla vyžaduje informace, uložené v zárodečné buňce. Množství těchto informací si lze představit jako počet „nastavitelných“ parametrů příslušejících k dané složitosti organizmu. Protože organizmy představují širokou škálu, od relativně jednoduchých až po velmi složité, není možné, aby vývoj byl ovládán shodným pracovním pozadím. To se musí také vyvíjet, společně s organizmem. To ale není pomocí klasické teorie možné, neboť tím by došlo k postupnému úpadku funkcí a tedy k opaku vývoje. Nebo by pracovní pozadí všech organizmů muselo být rovnou tak složité, že by již obsahovalo všechny parametry které budou využívány až teprve vysoce rozvinutými organizmy. Vysvětlit vznik jakéhokoliv stabilního pracovního pozadí pomocí přirozeného vývoje metodou „mutace – zachycení“ je, jak jsme viděli výše, téměř nemožné. Tím absurdnější je vysvětlit samovolný vznik tak složitého pozadí, které umožní vývoj až k velmi složitým organizmům.
Z uvedeného vyplývá jediné rozumné vysvětlení. Naše znalosti nejsou kompletní, cosi podstatného nám uniká. Může to být tím, že svět, který sledujeme, je jen jednou částí skutečné reality a to realitou odvozenou. Skutečnou primární realitu jsme dosud nepoznali. Průnik informací z primární do naší odvozené reality je pracovním pozadím evoluce. Primární 53
realita poskytuje toto pracovní pozadí, konkrétní parametry živých organizmů se hledají pomocí interakce s prostředím, tedy klasickou metodou “mutace – zachycení přírodním výběrem“. Podpora pomocí stabilního pracovního pozadí je poskytována organizmům stále, i v současnosti. Mezi minulostí a současností tedy není žádný rozdíl, vše se chová stále stejně, není potřeba postulovat nějaké „stvoření“ života. To, že dnes jsou organizmy vyspělejší než dříve, je výsledkem evoluce, která pracuje na základě přírodního výběru (umožněného stabilním pracovním pozadím). Tím složitost živých organizmů stoupá. Lidské výtvory pracují jako mechanizmy, nevyužívají podpory pracovního pozadí. Vyvíjet počítačové programy nebo přístroje pomocí metody „změna – zachycení výhodné změny výběrem“ tedy nelze. I když výběr může i v tomto případě něco málo zlepšit, systém záhy podlehne degradacím, protože pravděpodobnost negativních změn je větší než změn pozitivních. Lidské výtvory se budou chovat jako výhra v loterii. I když občas někdo vyhraje, celkově klienti loterie stále jen prodělávají, je to dáno pravděpodobnostmi výhry a prohry.
Pracovní pozadí přitom může rozhodovat o časovém průběhu evoluce. Může se například skokově měnit při dosažení určitého stupně vývoje. To by vysvětlovalo období stagnace i rychlé evoluční úseky, v nichž vznikají nové „tělní plány“, například v událostech kambrické exploze. Kde máme toto pozadí hledat ? Jak konkrétně působí na interakce atomů v organizmech ? A co je to primární realita ? To dnes nevíme, neznamená to ale, že to nebudeme vědět nikdy. Nabídnu zde několik možných vysvětlení.
54
Poznámka: Uvedu ilustrativní příklad, co myslím možností existence nepoznané, primární části reality. Představte si prázdný pokoj, ve kterém provádíme akustické měření. Výsledkem je zjištění, že v pokoji (v naší jediné realitě, za jejíž zdi nevidíme) existuje periodické akustické vlnění (bum, bum...). Na základě pozorování a pravidel vědy (neodvolávat se na nezjištěné jevy) usoudíme, že sám vzduch v místnosti produkuje tento jev. Musí jej produkovat, protože nic mimo neexistuje. Disipativní struktury v okolí topení by se snad mohly rozkmitat a vytvořit tak periodický děj....... Skutečností je, že ve vedlejším pokoji hraje hlasitě rádio a zvuk k nám slabě (přitom neplánovaně, jaksi omylem...) proniká. To je skutečným důvodem pro jevy sledované v našem pokoji.
9. Co je primární realita ?
Představme si složitý počítač budoucnosti s velmi složitým programem pro ilustraci evoluce. Pokud bude program pro řízení vývoje (pracovní pozadí) složitý, může se v počítači evolucí vyvinout rozum. Tento rozum začne analyzovat svoje okolí. Odhalí například základní fyzickou strukturu počítače. Protože neví, že v pozadí jeho vývoje byl program pro demonstraci evoluce, začne hledat vysvětlení svého přirozeného vzniku. Především je potřeba vysvětlit vznik počítače přirozenými pochody na ranné Zemi. Program rozvíjí úvahy o samovolném tavení křemíku a vzniku prvního primitivního čipu. Velkým oříškem je i evoluční vznik harddisku...... Ve svém snažení program jistě nakonec jistě dospěje k nějaké přijatelné teorii. Zdá se sice dosti nepravděpodobná, ale protože nic jiného než přirozené procesy ranné Země nemohlo působit, musí být správná. Chybného hodnocení situace se program dopustil proto, že považoval svoje zjištění za 55
jedinou možnou realitu. Primární realita programátorů a výrobce počítače mu zůstala skryta. Přitom to je pracovní pozadí, které umožnilo vývoj rozumu v počítači. V době, kdy počítač vytvoří svoji evoluční teorii, nemusí již programátoři existovat. Lidé mohli již vymřít, „zapomenutý“ počítač však přemýšlí dál. Vytváří „jedinou možnou“ evoluční teorii.
Toto velmi hrubé přirovnání ukazuje v čem může být problém. O podstatě hmoty se toho mnoho neví. Čím základnější otázky pokládáme, tím méně přesné odpovědi může současná věda dát. Vědecké teorie popisují chování hmoty, nikoli její podstatu. Kvantově-mechanické jevy dosud nedošly jednoznačné interpretace. Všechny pokusy o vysvětlení jsou
problematické.
(Bez ohledu na různé interpretace lze postupů kvantové mechaniky úspěšně užívat při návrhu integrovaných obvodů nebo při předpovědích výsledků fyzikálních pokusů.)
Lze si představit situaci, kdy lidé ve svých technických konstrukcích využívají jen některé vlastnosti hmoty, aniž o tom vědí. Všechny přístroje a programy pro počítač fungují jako mechanizmus. V počítačích se přes polovodičové přechody posílá tolik elektronů, aby se eliminovaly kvantově-mechanické neurčitosti. Polovodičový přechod se pak chová deterministicky a umožňuje vykonávat například nějakou logickou funkci. Mikroprocesor (ačkoli v něm dochází ke kvantově-mechanickým dějům) se tedy chová naprosto deterministicky právě proto, že kvantově-mechanické děje ve výsledku eliminuje. Toto chování aplikované i na ukládání informací vytváří z počítače stroj, plně závislý na programu, který zpracovává. Na neurčitosti jakéhokoli typu není prostor. Pokud se taková neurčitost například v důsledku poruchy objeví, počítač téměř jistě havaruje. Pravděpodobnost samovolného zlepšení poruchou je minimální.
56
Ačkoli se to v dnešních počítačích nedělá, je možno zapojit do procesu i kvantové děje. Aplikace těchto pochodů však nesmí narušit celkovou logiku probíhajících procesů, které tak opět zůstávají v režii konstruktéra nebo programátora. Možnost, že by náhodné děje mohly dodat do systému informaci, zpracovatelnou pomocí zachycení umělým nebo přirozeným výběrem se v technických disciplínách neuvažuje. Pokusy o takové řešení technických systémů se nepoužívají pro svou evidentní nefunkčnost. S určitým druhem změn se potýkají nechtěně skoro všechny lidské výtvory. Většinou je taková změna nazývána poruchou a její dopad je negativní. Pozitivní změny jsou registrovány v minimu případů (i když se i v čistě technických vodách výjimečně objeví, například náhodný objev VF předmagnetizace pro zvukový záznam během 2. světové války). -----------------------------------------------------Pod čarou: Během 2. světové války došlo v Německu k podstatnému vývoji v oblasti magnetofonů. Předválečné magnetofony beznadějně šuměly. Magnetický záznam se nedal dobře použít. Pak nastala průlomová událost. Stalo se to následovně: Magnetický pásek vykazuje při analogovém záznamu nelinearity. Znamená to, že pokud se pokoušíme zaznamenat zvukový signál na pásek, vzniká silné zkreslení, tak velké, že je záznam nesrozumitelný. Aby se zmenšilo toto zkreslení, vymysleli konstruktéři předmagnetizaci. Ke zvukovému signálu se před záznamem přidal pomocný stejnosměrný proud. Tento proud linearizoval pásek, a záznam nebyl tolik zkreslený. Mělo to však jednu nevýhodu. Pásek zůstával trvale stejnosměrně zmagnetovaný a to při přehrávání způsobovalo silný rušivý šum. Technici si zvykli, že magnetofony silně šumí a neudivovalo je to. Považovalo se to za nutné zlo. Pak se náhodou zjistilo, že jeden magnetofon ve studiu se chová výrazně lépe než ostatní – téměř nešumí. Přivolaní 57
technici objevili, že se náhodně rozkmital záznamový zesilovač a do zvukového signálu se místo stejnosměrného proudu dostává neslyšitelný vysokofrekvenční proud, způsobený původně nechtěným kmitáním zesilovače. Malá změna parametrů záznamového zesilovače způsobila kmitání. Tato „mutace“ byla velmi výhodná z hlediska vlastností magnetofonu. Nikdo ji předem nenaplánoval, nikoho možnost vytvořit takovouto předmagnetizaci ani nenapadla. Vývoj byl „zachycen“ selekcí techniků. Od té doby se vysokofrekvenční předmagnetizace používá u všech analogových magnetofonů. Získává se ale jinak. Vyrábí se ve zvláštním generátoru, nikoliv v kmitajícím záznamovém zesilovači. Vysokofrekvenční předmagnetizace nenechává pásek trvale zmagnetovaný a tím podstatně snižuje šum a částečně i zkreslení oproti stejnosměrné předmagnetizaci. Máme zde příklad neplánovaného a náhodného vylepšení. Metoda „mutace-selekce“ zafungovala a přinesla překvapivý pokrok. ------------------------------------------------------
Z pohledu konstruktéra přístrojů je metoda „náhodná mutace-nenáhodný výběr“ většinou zcela nefunkční i když se může vyskytnout i výjimka. Přirozený nebo umělý výběr tedy má určitou tvořivou moc, ta ale není dostatečná pro vysvětlení vývoje zařízení nebo organizmu. Síla této metody je o několik řádů nižší, než by bylo potřeba, aby mohla být jediným mechanizmem vývoje. Lidé dělají při konstrukci strojů a zařízení všechno proto, aby stroj pracoval přesně podle toho jak byl navržen. Tím záměrně eliminují všechny neurčitosti, i kvantověmechanické, které by mohly do předem naplánovaných procesů vstoupit. Tento postup se vyplácí – stroje tak pracují poměrně dlouho bez poruch.
58
10. Průnik informace z primární reality
Uvažme nyní možnost, že některé děje v přírodě nejsou plně symetrické. Nesymetrií zde rozumíme preference určitých chemických vazeb oproti jiným. Pomocí takových dějů by mohla do určitých systémů pronikat informace z primární reality. Kvantově-mechanické nebo i jiné procesy probíhající ve velkém souboru částic by se mohly řídit pravidly, která zůstala současné vědě zatím skrytá. Tím by mohla existovat možnost, že do určitých konfigurací hmoty je možný průnik informací z primární reality. Tímto neustálým informačním tokem by byla udržována stabilita života a současně vytvářeny podmínky pro jeho evoluci. Existence podobných procesů nemusí být snadno zjistitelná, navíc je evidentní, že pro jejich pozorování musí být vytvořeny vhodné podmínky. Procesy by se musely projevovat preferencemi v průběhu chemických reakcí ve velkých souborech stavebních prvků, tedy například aminokyselin. Třeba jen mírné preference by mohly mít za následek vytváření stabilních autoreplikačních cyklů, schopných evoluce přirozeným výběrem. Tyto cykly by měly stabilní a proměnnou část, jak jsme již ukázali výše. Stabilní část by také musela podléhat nějakému vývoji, aby se umožnila evoluce složitějších organizmů s větším počtem volných parametrů. Hledání těchto parametrů by bylo předmětem klasické mutačně-selekční teorie. Vývoj stabilní části by musel být řízen nesymetrickými procesy, které by stále udržovaly stabilní část v provozuschopné podobě. ----------------------------------------------------------Pod čarou: Základní části, jako DNA a proteiny, jsou společné pro všechny známé organizmy. Mnoho společného mají i prokaryontní a eukaryontní buňky. Základ fungování základních buněčných 59
procesů je stejný, nebo alespoň podobný u bakterií, mnohobuněčných živočichů a rostlin. Přes určitou podobnost jsou eukaryontní buňky současně značně odlišné od prokaryontních. Existence jádra a dalších buněčných organel je specifická právě jen pro eukaryontní buňky. Z nich se skládají těla mnohobuněčných živočichů. Ačkoli nejsou funkce buněk zatím hluboce prozkoumány, může to znamenat následující: Pro život jednobuněčných bakterií stačí prokaryontní struktura. Bez toho, abychom o ní věděli nejhlubší detaily, v mikroskopu ji odlišíme od eukaryontní. Eukaryontní struktura buňky je pravděpodobně nezbytná pro zárodečný vývoj a život mnohobuněčných organizmů. Hluboké detaily opět neznáme, ale je možné, že sledujeme nutnou nespojitost pracovního pozadí. Tato nespojitost nemusela být produktem evoluce, ale mohlo se jednat o výše zmíněnou nutnou skokovou změnu pracovního pozadí, v tomto případě viditelnou mikroskopem. Další vývoj mnohobuněčných pak probíhá již na eukaryontním základu. Podle teorie primární reality by mohl vývoj života probíhat následovně: Nejprve by vlivem nesymetrií vazebných vlastností vzniknul první autoreplikátor. Ten by pomocí vyhledávání vhodných parametrů vývoje přešel poměrně brzy do formy prokaryontní buňky. V tomto stavu by život existoval dlouho. Pracovní pozadí by testovalo rychlost změn evolučních parametrů (parametry v náhodně proměnné části systému) prvotních buněk. Součástí sledování by mohlo být i sledování takových parametrů, které jsou v přímé spojitosti s vlastnostmi obklopujícího prostředí. Mohly by tak být získávány informace o množství kyslíku v atmosféře a další údaje o životním prostředí. Systém by se tak připravoval na přechod k složitějšímu uspořádání, až na to dozrají podmínky. Až by bylo zjištěno, že okolní prostředí vyhovuje, došlo by k vytvoření eukaryontních buněk. Tím by se otevřela cesta k rozvoji mnohobuněčného života. --------------------------------------------------------60
Pozorované výsledky takovéto evoluce by se příliš nelišily od představ, založených na dnešní klasické neodarwinistické teorii. Stabilní pracovní pozadí by však umožnilo evoluci bez problémů fungovat, podobně jako v ilustrativním počítačovém modelu. Tím by se klasická teorie zbavila problémů s pravděpodobností příznivých mutací oproti nepříznivým. Současně by se vyřešila otázka samovolného vzniku života z chemických látek, protože by zde existoval slabý formující princip. V neposlední řadě by byla snáze pochopitelná i evoluce vyšších taxonomických skupin, jako například v případě kambrické exploze.
11. Jak hledat
Kde by měla věda hledat známky podobných procesů ? Především si je třeba uvědomit, že samotná stabilita organizmů představuje formu důkazu. Z metodologického hlediska je však toto tvrzení totéž jako prohlášení, že existence organizmů je důkazem funkčnosti klasické mutačně-selekční teorie. S existencí organizmů jsou slučitelné obě teorie. Pokud tvrdíme, že mutačně-selekční mechanizmus není dostatečným vysvětlením pozorovaného, pro podepření teorie primární reality bychom potřebovali přímý důkaz. Teoretický rozbor pravděpodobnosti příznivých a nepříznivých mutací v organizmech je však těžko proveditelný. Hodnocení selektivnosti přírodního výběru je též problematické. Závisí na řadě parametrů prostředí a na interakci s jinými organizmy. Značně neurčité hodnocení mutací a přírodního výběru tak nevytváří přesvědčivý obraz důkazu. Bylo by potřeba najít přímé doklady očekávaných jevů, opírající se o pozorování při standardních fyzikálních nebo chemických pokusech. Nyní odbočme a pokusme se určit podmínky, za kterých by mohlo být podobné hledání úspěšné. Především si je třeba 61
uvědomit, že předpokládané formující principy jsou velmi slabé. Kdyby totiž nebyly, vědci by si jich již dávno všimli. Dalším předpokladem je, že hledané jevy působí v přírodě stále, nebyly omezeny na dobu dávno minulou. Zde se dá podržet faktu stability organizmů, která stálou existenci těchto jevů vyžaduje. Pokud hledané jevy skutečně existují, mělo by být možné je experimentálně najít a ověřit. Zde se můžeme opřít i o jev známý a ověřený – o vysokou stabilitu vlastností elementárních částic. Poměry základních fyzikálních konstant (například konstanta jemné struktury) jsou neměnné a současně umožňují vznik těžkých prvků slučitelných s biochemickým životem. V tomto směru příroda poskytuje životu stabilní a reálné podmínky pro rozvoj. Malá změna konstanty jemné struktury by snadno způsobila nestabilitu hmoty a tím nemožnost vývoje života a to i podle klasické neodarwinistické teorie. Vhodné vlastnosti hmoty jsou samozřejmě podmínkou, nemusí ale stačit. Předmětem výzkumu by tedy mělo být hledání velmi slabých jevů, které navíc mohou znatelně působit pouze v určitých situacích, podobných, jaké se vyskytují v organizmech.
Uvedu zde přirovnání z jiné oblasti. Na základě pozorování můžeme usoudit, že povrch nějakého předmětu je dokonale rovný. Vezměme například rovnou desku stolu. Pak na ni omylem vysypeme malou vrstvičku mouky. Mouka která je tvořena drobnými zrnky při pohybu po stole velmi citlivě reaguje na nepatrné, běžně neviditelné nerovnosti. Když se na rozsypanou mouku podíváme, zjistíme, že je na ní viditelná struktura písma. Domyslíme si, že na stole někdo psal perem na papír a hodně tlačil. Nepatrné vtlačení částí rovné desky stolu dovnitř způsobilo, že se v mouce objevil reliéf písma, které je nyní čitelné.
62
Pokud ale na stůl nevysypeme pouze malé množství, ale řekněme kilogram mouky, žádná struktura se neobjeví, protože je maskována silnou vrstvou mouky. Pouze některé varianty pokusu s moukou odhalí, že na desce je něco slabě vytlačeno. Pokud budeme testovat rovinnost stolu například kulečníkovou koulí, nic nezjistíme, koule se bude chovat stejně jako na dokonale rovném stole. Deska stolu má řadu vlastností a může vstupovat do interakcí s různými tělesy, pokud zkoumáme její vlastnosti. Pouze vhodně provedený pokus však odhalí slabou „nesymetrii“ lokální rovinnosti desky. Na desce stolu může být napsán tímto způsobem text, o kterém se za běžných okolností nikdy nedozvíme. Na stole totiž děláme jiné věci a jiné pokusy než ty, které by mohly skrytý jev zviditelnit. Pokud budeme například stoly používat k stavění dřevěných domů místo cihel, nacházíme se velmi daleko od podmínek, kdy bychom si mohli drobných nerovností na desce všimnout. Podobným způsobem mohly doposud unikat zpozorování některé velmi slabě nesymetrické formující procesy. Podobné nesymetrie navíc současné paradigma přírodních věd nepředpokládá a tak je nikdo pokusně nehledá. Nesymetrie procesů, podílejících se na vazebných vlastnostech atomů v aminokyselinách a dalších biologicky významných sloučeninách by mohly být příčinou zajištění stabilního pracovního pozadí pro existenci a vývoj organizmů. Mohly by se ukrývat v kvantově mechanických dějích, jejichž výsledky by měly nepatrně „modulovanou“ pravděpodobnost. Tyto procesy by za určitých podmínek měly vést ke vzniku života samovolným sestavením prvotního autoreplikátoru. Jelikož se jedná o procesy slabé (kdyby nebyly slabé, již bychom je při pokusech zpozorovali), nelze od nich očekávat takovou účinnost, aby přeměňovaly zrnka prachu na buňky.
63
Podmínky pro vznik života tak zůstávají i podle hypotézy primární reality velmi úzké. Muselo by se jednat o takové konfigurace látek, které pomocí slabých vazebných nesymetrií mohou přecházet do stavu s vhodným uspořádáním, které umožní rannou autoreplikaci. Požadavky na potřebné prostředí, ve kterém může dojít k takovým dějům budou dost možná podobné jako ty, ve kterých se dnes vznik života předpokládá. Z toho vyplývá, že pokusy s chemickou evolucí by měly nakonec vést k úspěchu, po vytvoření vhodných podmínek blízko rovnováhy reakcí by se mohly nesymetrie projevit a navádět elementární složky života do správných konfigurací. Vznik ranných autoreplikátorů a následný vývoj života by byl
logickým vyústěním těchto konfiguračních procesů. Pokud
by se na planetě zachovaly vhodné podmínky tak, aby rozvíjející se život nebyl zničen, pokračoval by vývoj a při povrchním pohledu by nebyl rozlišitelný od klasické představy evoluce mutačně-selekční cestou. Mutačně-selekční procesy by konečně v procesu hrály významnou roli. Vyhledávaly by nejvhodnější nastavení parametrů vzhledem k prostředí a vzhledem k ostatním organizmům. Téměř všechny závěry evoluční biologie a ostatních věd by zůstaly v platnosti.
12. Vývoj taxonomických skupin živočichů
Pracovní pozadí stojící za stabilitou vznikajícího života by mohlo být v principu dvou druhů. V prvním případě by celá složitost nutná pro vývoj všech rozvinutých forem života byla rovnou přítomná v prvotním autoreplikátoru. Taková představa je dosti absurdní již vzhledem k tomu, že není možné předpokládat příliš velkou složitost prvotních replikátorů. V systémech skládajících se z desítek, stovek nebo tisíců aminokyselin prostě není dostatek prostoru pro uložení všech parametrů, nutných pro optimalizaci vlastností rozvinutých 64
mnohobuněčných organizmů. A prvotní autoreplikátor musel být značně jednoduchý, ať již byl mechanizmus jeho vzniku jakýkoliv. V tomto směru se předpověď teorie primární reality shoduje s předpovědí klasické teorie. Na jednom místě prostě nelze sestavit složitý systém typu buňka najednou a to ani za předpokladu, že vazebné vlastnosti atomů jsou jemně ovládány nesymetrií. Prvotní replikátor byl tedy jednoduchý a postupně zvyšoval svoji složitost (CSI). Stabilní pracovní pozadí se muselo vyvíjet také. Mohlo se ale měnit po skocích, jak rostla složitost organizmů, které se replikovaly. Zde se lze vrátit ke srovnání se zdánlivě rovnou deskou stolu. Jak složitost replikátoru roste, je to jako když stále větší část stolu pokrýváme slabou vrstvou mouky – objevují se další části dříve neviditelného textu. V okamžicích zvýšení složitosti pracovního pozadí se vytváří i místo pro další nastavitelné parametry, které ve svém důsledku umožní vývoj složitějších organizmů. Pracovní pozadí se mohlo měnit po skocích v souvislosti s rychlostí stabilizace parametrů vývoje. Vždy po zvýšení složitosti pracovního pozadí dochází k rychlé změně parametrů, které zpočátku rychle nastavují procesem mutace-selekce organizmus na dané prostředí. Pokud by pracovní pozadí monitorovalo rychlost těchto změn, mohlo by na základě toho identifikovat, na jaké úrovni přizpůsobení se již daný organizmus nachází. Pokud by se parametry přestaly měnit, nebo se měnily jen velmi pomalu, znamenalo by to, že organizmus je na prostředí již dobře adaptován. To by mohl být impuls pro pracovní pozadí ke skokovému zvýšení složitosti a přidání dalších parametrů vývoje. Tyto nové parametry by se začaly rychle měnit, jak by nyní již potenciálně složitější organizmus znova hledal rovnováhu s okolím. V tomto okamžiku by skončilo období stability druhu nebo taxonomické skupiny a začala by rychlá (z pohledu zkamenělin téměř skoková) evoluce. 65
Popsaným mechanizmem lze vysvětlit pozorovaný charakter evoluce s přerušovanou rovnováhou. Současně to znamená, že vztahy mezi pracovním pozadím a vývojovými parametry nejsou pasivní. Mohlo by to znamenat nutnost přehodnocení vztahu mezi mutacemi genů a vývojem organizmů. Geny by v tomto pohledu představovaly vývojové parametry, které většinou skutečně jednosměrně ovlivňují organizmus. Cílené a záměrné mutace způsobené činností pracovního pozadí však nelze vyloučit, naopak jeví se jako dosti pravděpodobné. Teorie primární reality ovšem současně říká, že pracovní pozadí v sobě nese určitou informaci. Tato informace je do nám známého světa přenášena slabou kvantově – mechanickou „modulací“ atomových vazebných interakcí nebo nějakým jiným způsobem. Informace (ve smyslu CSI) pocházejí z námi zatím nepoznané části reality (přírody), části kterou zde nazývám primární realitou. Dnes nelze říci, kde se tato primární realita nachází. Další výzkumy ale mohou postupně řadu věcí objasnit. Důležité je uvědomit si, že nic ze současných znalostí nás neopravňuje k názoru, že vše již bylo poznáno. Hloubka poznatků o
přírodě je závislá na provedených experimentech a
na existujících teoriích. Teorie vznikají na základě poznatků o okolním světě a vytvářejí testovatelné předpovědi. Ve fyzice dnes existují oblasti, které nelze bezkonfliktně sloučit. Rozdílné fyzikální teorie se dají aplikovat na svět velkých rozměrů a rychlostí, rozdílné na mikrosvět. Domnívat se, že fyzika již řekla svoje poslední slovo je zřejmě silně předčasné. Proto nelze vyloučit řadu dalších překvapení a k novým faktům je třeba přistupovat nepředpojatě. Kosmologie popisuje vesmír, začínající velkým třeskem. V otázce, je-li otevřený nebo uzavřený není zatím zcela jasno. Také na charakteru temné hmoty ve vesmíru se kosmologové neshodnou. Úplně jasno není ani v otázce absolutní stability přírodních konstant v průběhu vývoje vesmíru. Neví se jistě, jestli se 66
gravitace na velkých vzdálenostech nemění v sílu odpudivou. Neví se téměř nic o podstatě setrvačnosti těles. Kvantová teorie má několik a navíc nejasných interpretací. A výčet nejasností by mohl pokračovat. Každým rokem dochází ke vzniku nových teorií nebo k upřesnění starších. Zajímavým jevem je přitom to, že většina vědců usoudila, že přes řadu nejasností v zásadě sledujeme celý existující svět. Říká se tomu naturalizmus. Vede k přesvědčení že všechno na světě je řetězec příčin a účinků. S tím se dá snad i souhlasit, potíž je v tom, že dosti pravděpodobně jsme zatím nepoznali celý svět, celou realitu. V této celé realitě skutečně platí naturalizmus. Pokud ale některé složky systému zatím nejsou známy, nelze vysvětlovat všechny pozorované jevy pouze z té části systému, kterou již známe. Může to vést ke značným omylům. Uvedu zde příklad z jiné oblasti – teorií gravitace nelze vysvětlit elektromagnetizmus. Pokud budeme uznávání pouze dosud poznaných složek světa označovat jako naturalizmus, můžeme uznání všech složek světa označit za supernaturalizmus. Zatím pozorujeme pouze některé jevy, které jsou na úrovni globálních teorií typu kosmologie nebo kvantová mechanika částečně popsány. Horší je to s jejich vysvětlením. Podstata hmoty nám uniká a někteří soudí, že tázat se po ní nemá smysl, že to není vědecké. Jiní hledají univerzální teorii všeho, soubor rovnic, který by vysvětloval pozorovanou realitu jako (nejlépe) jedinou možnou. I tito hledači ovšem neví, jestli sama existence takových rovnic může vynucovat i existenci hmotného světa. Tak se ptá například význačný anglický teoretický fyzik Stephen Hawking ve své knize Stručná historie času. Fyzikální teorie tohoto typu jsou sofistikované a jejich tvůrci evidentně velmi inteligentní. Ani oni však nemají jasno ve zcela zásadních otázkách, které mohou být klíčové. Následkem celkového klimatu se ve vědě zažilo paradigma, které považuje podstatu všech zásadních jevů v přírodě za poznanou. 67
S tím souvisí i víra v mechanizmus evoluce, probíhající metodou mutace-selekce na základě již poznaných fyzikálních a chemických dějů. S rozvojem nových vědeckých a technických oborů se člověk postupně dostává do role konstruktéra složitých zařízení. Je to zkušenost, kterou v době Darwina nikdo neměl. Zjištění, učiněná při vývoji a konstrukci složitých zařízení odkrývají řadu nových pohledů na svět. Především vychází najevo vysoká komplikovanost procesů zpracování informace a řízení soustav. Tuto zkušenost lidé získávají teprve v posledních desetiletích a to pouze experti v některých oborech. Typický konstruktér se ale nezabývá evoluční biologií. Lidé, pracující v jiných oborech berou vysvětlení vzniku složitých organizmů pomocí mutačně-selekčního modelu jako prokázaný fakt. Řada z nich se nad problémem nikdy nezamyslela. Na existenci života je nic neudivuje, připadá jim naprosto normální. Je to dáno zkušeností z každodenního života. Lidé si zpravidla rozdělí svět na svět živých tvorů, nad kterým nepřemýšlejí a na svět svých vlastních problémů, za které jsou zodpovědní. Pro technického pracovníka jsou to problémy z jeho oboru, tedy z oblasti návrhu a konstrukce strojů a zařízení. Pokud se takového člověka zeptáte, jestli by v jeho oboru mohlo něco vzniknout metodou náhodných odchylek a následnou selekcí, zcela jistě se vám vysměje. Budete-li jej přesvědčovat, aby to zkusil, bude vás pokládat za blázna, se kterým není hodno ztrácet čas. V případě vzniku a vývoje života však přijímá uvedenou metodu bez výhrad, většinou proto, že o tom nikdy nepřemýšlel a není za to zodpovědný. Vzniká tak paradoxní situace. Jednotlivé obory již mají dostatek informací, aby se daly mechanizmy vzniku života posoudit z hlediska uskutečnitelnosti. Experti však mají k sobě tak daleko, že mezioborová integrace znalostí téměř neprobíhá. Svým životem si žijí evoluční biologové, obklopení bohatstvím životních forem. Tím se pro ně stává život 68
samozřejmostí. Zbývá jim jen vysvětlit, proč má páv dlouhý ocas a proč dochází k zajímavým mezidruhovým symbiózám. Zkoumají, je-li předmětem selekce organizmus nebo jeho geny. O přesné mechanizmy života a jeho vývoje se nemusejí příliš zajímat. Ačkoli není detailně prozkoumán ani zárodečný vývoj mnohobuněčných živočichů, vynášejí rozsáhlé soudy o evoluci a o tom, že veškeré informace potřebné pro vývoj a existenci organizmů se nalézají v genech. Evoluce a životní cykly jim připadají samozřejmé a přirozené, protože se s nimi při své práci stále setkávají. Konstruktéři technických výtvorů naopak žijí ve světě, kde nic není zadarmo. Jakákoli úprava nebo vylepšení existujícího zařízení dá spoustu detailní práce, nic nesmí být opomenuto. Již při vývoji vznikají na základě plánu hluboce propojené části, které nemohou jedna bez druhé pracovat. Je extrémně obtížné vymyslet řadu algoritmů například pro programy, které mají analyzovat obraz z videokamery. Konstruktéři většinou o principech života nepřemýšlejí, organizmy ale evidentně silně překonávají složitostí vše, co bylo dosud lidmi navrženo a realizováno. Pokud by se tím začal někdo vážně zabývat, konstatuje, že obdobná složitost (CSI) leží zcela mimo dosah současné techniky. I kdybychom však měli k simulaci životních pochodů nekonečně výkonný počítač, nikdo by nevěděl, co by měl vlastně dělat. Algoritmy například pro vědomí (pokud existují) leží daleko za hranicemi současného poznání. Současným poznáním myslím principy, postupy a technologie, které lze dnes využít pro konstrukci strojů.
13. Principy živých organizmů
Klasická teorie říká, že všechny informace potřebné pro provoz a vývoj organizmu jsou obsaženy v dvoušroubovici DNA. V ní jsou uloženy pomocí čtyřpísmenného kódu nukleotidů 69
struktury proteinů, které organizmus potřebuje k vývoji a životu. Pomocí poměrně složitých procesů v buňce se proteiny podle návodu z DNA vyrábějí. Existuje jen jednosměrný přenos informace z DNA na proteiny. Pokud se má organizmus změnit, je odkázán na mutace v kódu DNA. Jejich výsledek je pak podpořen nebo naopak zamítnut přirozeným výběrem. Pro přirozený výběr ovšem neexistuje jiná kvalita organizmu než výkonnost v množení. Vývoj nemusí postupovat přímo, organizmy jsou ve vzájemné interakci s okolím i s jinými organizmy. Ve výsledku však veškeré struktury, které organizmy obsahují, musely vzniknout principem lepšího přežívání a množení. Představa, že existuje jen jednosměrný tok informace z DNA do proteinů byla vytvořena extrapolací výsledků pokusů s DNA a proteiny v 60. a 70. letech. Tehdy se uvěřilo, že to je celá pravda. Uvedený stav trvá s mírnými obměnami dodnes. Pokud je veškerá informace o organizmu uložena skutečně v DNA, neznamená to ještě, že jiné složky živých systémů neexistují. Samotná DNA v sobě nese určité nenáhodné pořadí znaků. Lze ji přečíst a výsledné pořadí uložit na nějaký nosič dat, třeba jako soubor na harddisk počítače. Více informací, než je obsaženo v takovém souboru v DNA neexistuje, je to s konečnou platností vyčerpávající zápis. Dnes se hodně nadějí upíná na výsledky projektů úplného přečtení sekvence DNA jednotlivých organizmů, především člověka. Určité vztahy mezi onemocněními a jejich genetickou predispozicí jsou známy už dnes a přesná znalost sekvence genomu situaci jistě zlepší. Otázkou je, jestli máme v přečtené sekvenci lidského genomu hledat úplné vysvětlení vlastností člověka. Zárodečná buňka a obecně každá buňka v těle obsahuje nejen chromozomy s DNA, ale i řadu dalších struktur. S DNA se musí nějak manipulovat a „čtecí zařízení“ není součástí DNA, ale leží mino ni. Samotná DNA nestačí, stejně jako nestačí program
70
na CD nebo na harddisku k vykonávání nějaké funkce. Je potřeba ještě počítač, který je programem řízen. I v případě, že by program řídil výrobní linku na nové počítače a pak se do nich kopíroval (metafora autoreplikátoru), počítač prostě není shodný s programem. Z tohoto hlediska existují i mimogenetické předpoklady k vývoji a životu. A pokud existují, je otázka jak jsou složité. Fungování
buňky by mohlo vypadat i jinak, než si dnes
přijímaná teorie představuje. Mimogenetické složky buňky by například mohly být velmi složité a tvořit pracovní pozadí, v genech by mohly být uloženy vývojové parametry. Mezi vývojové parametry patří mimo jiné struktury potřebných proteinů. Nemusí to však být informace jediné. Produkce určitých typů proteinů v určitých okamžicích zárodečného vývoje může realizovat převod evolucí nalezené hodnoty parametru do vývoje organizmu. Pokud přijmeme tento model, nic se nezmění na výsledcích populační genetiky ani na skutečnosti, že porucha v jediném genu může být pro organizmus smrtelná. Ani kombinace úseků DNA u pohlavně se rozmnožujících organizmů není v rozporu s tímto modelem. Představa pracovního pozadí, které záměrně kombinuje geny rodičů s cílem zlepšit nastavení parametrů vývoje není nelogická. Pracovní pozadí by v takovém případě řídilo vývoj, přitom by se již „vědělo“ k jaké taxonomické skupině vyvíjející se živočich náleží. Rozdíly uvnitř skupin (například savců) by mohly být definovány vývojovými parametry, tedy geny. Rozdíl mezi dvěma podobnými druhy hlodavců by se dal elegantně vyjádřit změnou pouhých několika parametrů. Ani rozdíly v celé skupině savců by nemusely být příliš veliké. Charakteristickým znakem příbuzných živočichů je relativní podobnost genomu. Mezi člověkem a šimpanzem je míra genetické podobnosti značná. Přitom existují značné rozdíly ve schopnostech zmíněných druhů.
71
Richard Dawkins uvádí ve své knize Slepý hodinář mechanizmus, který nazývá koláčovou analogií. Tvrdí, že jednotlivé geny nejsou separátně odpovědné za jednotlivé vlastnosti organizmu. Neexistuje tedy něco jako gen pro hnědé vlasy. Vlastnosti celého genomu se při zárodečném vývoji doplňují tak, že pouze souhrou celého genomu může vzniknout mnohobuněčný živočich. Je to jako když pečeme koláč. Těsto smísíme podle receptu a pak při správné teplotě pečeme správně dlouho. Výsledkem je koláč, poloha rozinek v něm však nebyla v receptu nějak podrobně určena. Nedá se říci, které části receptu odpovídá jaká část koláče. Podobně prý pracují geny. Jedná se o předpoklad vydávaný za pravdu. Ale i pokud koláčová analogie skutečně platí, z jednoduchého receptu vznikne jednoduchý koláč. V receptu bylo málo informace (CSI) a v koláči je jí také málo. Nedá se očekávat, že aplikací jednoduchého receptu vytvoříme například mikroprocesor. Pokud by existoval „recept“ na mikroprocesor, musel by obsahovat potřebné množství informace, aby bylo podle čeho jednotlivé struktury procesoru vytvořit. Snad lze takový recept vytvořit. Pokud se nám to povede, bude srovnatelně informačně obsažný jako současné litografické masky a další podklady, které se k výrobě používají. „Recept“ žádnou informaci neušetří, jen ji může jinak vyjádřit. V živých organizmech je hodně informace a celá tato informace (CSI) musí být uložena v zárodečné buňce (u mnohobuněčného živočicha). Informačním obsahem musí být oplodněná zárodečná buňka ekvivalentní celému dospělému organizmu. Při vývoji totiž není kde další informaci brát. Celá musí být přítomná od počátku. Lidé se rodí s jednou výraznou odlišností proti zvířatům. Je jí schopnost řeči a od ní odvozená schopnost abstraktního myšlení. Ještě se nikdy nepodařilo naučit mluvit šimpanze, ačkoli takové pokusy probíhaly. Každé dítě se naopak mluvit naučí. Pomocí sledování dětí, vychovaných za nestandardních podmínek bylo zjištěno, že izolované skupiny lidí si vytvářejí 72
vlastní nedokonalý jazyk, bez toho, aby někdy někoho slyšely mluvit. Dokonce byly rozpoznány charakteristické znaky takových jazyků, například sklon k používání dvojitého záporu (jako má například čeština). Z toho lze usoudit, že schopnost mluvit je lidem vrozená. Nyní nastává paradox. Pokud je DNA šimpanze a člověka velmi podobná, kde se berou informace pro vznik centra řeči s jeho předpřipravenou řečovou logikou ? Shoda mezi genomem člověka a šimpanze se uvádí na 98,6%. (Interpretace této hodnoty je obtížná, šimpanz má mimo jiné odlišný počet chromozomů než člověk, jsou tu i další problémy.) Buď tedy stačí 1,4 % genetických rozdílů, nebo informace pro vznik centra řeči nepocházejí z DNA. Myslet si, že se „nějak objeví samy“ jako důsledek velikosti mozku je evidentní nesmysl. Informace pro něco konkrétního buď jsou, nebo nejsou. Tento paradox je ve skutečnosti širší. Oči a schopnost vidět má řada živočichů, například i muška octomilka. Muška je ihned po vylíhnutí schopná samostatného života, nic se nemusí učit. Znamená to, že je plně „předprogramovaná“. Poslední dobou byly objeveny HOX geny, zodpovědné za celkovou geometrii těla, za vytváření tělních článků. Zajímavé je, že stejné HOX geny používá moucha, myš i člověk. Tím se zárodečný vývoj složitých organizmů zdánlivě vyjasňuje. Ale algoritmy zpracování signálů ze smyslových orgánů, například očí jsou velmi komplikované. Přitom již musí být v plné míře definovány v zárodku mouchy. Jedná se o složitost skutečně vysokou. I pro ni by se měla v genomu najít srovnatelně komplikovaná struktura. Pokud v genomu skutečně je, nemůže se nikde ukrývat v nějaké silně zjednodušené formě. Koláčová analogie nepomůže, buď tam je, nebo ne. Pokud ne, jsou alespoň některé vlastnosti organizmů podmíněny mimogeneticky. Vraťme se nyní k lidem a jejich schopnosti mluvit. Je velmi obtížné posoudit, jak mnoho informace může vyžadovat
73
„zakódování“ schopnosti řeči. V případě analýzy obrazového signálu z očí bychom to snad ještě mohli nějak odhadnout, v případě řeči nám chybí srovnání a nejspíše i vhodné pojmy. Organizmus šimpanze je již velmi složitý, k složitosti člověka mu asi nic nechybí. Alespoň ne po fyzické stránce. Pokud bychom mohli nastavovat parametry jako „výška těla, množství ochlupení, poloha palce na noze, několik parametrů pro tvar lebky….“, mohli bychom šimpanze na člověka přeměnit. To by odpovídalo téměř shodnému genomu s člověkem. Naprostá většina parametrů je pro lidi i šimpanze stejná. Jedná se o struktury proteinů (jsou téměř identické), biochemické cykly, savčí stavbu těla….. Pouze jeden parametr nelze prostě jen změnit. Je to schopnost řeči a skutečného myšlení. V nějaké silně zjednodušené podobě se i tyto schopnosti u šimpanze objevují. U lidí však dosahují jiných dimenzí. A konkrétní informace pro tuto změnu musí v DNA (nebo někde jinde) prostě být. Jsou v principu tři možnosti. Buď jsou tyto schopnosti již předpřipraveny i u šimpanzů (pak ale v nějaké formě asi i u všech savců), ale jsou záměrně zablokovány. Pracovní pozadí může například detekovat míru rychlosti změn parametrů vývoje. Pokud jsou již ustálené,
otevře možnost nastavení dalších
parametrů. Mezi ně může patřit zvětšení mozku současně s novými parametry, nějak kódujícími algoritmy řeči. Informace potřebné pro budoucí vznik centra řeči v mozku však již jsou součástí pracovního pozadí. Nebo zmíněných 1,4 % odlišné DNA kóduje schopnost řeči (a vlastně i samu řeč). Nebo schopnost řeči a myšlení se sekvencí DNA nesouvisí (ani u lidí, ani u šimpanzů). Tyto schopnosti by pak musely být v systému přítomny mimogeneticky. Požadavky na množství dodané informace se ovšem nemění, nezávisle na způsobu a místu jejího uložení. Člověk a šimpanz mohou obsahovat stejné množství informace pouze v případě, že je u šimpanze uměle zablokovaná. Nebo určité informace neobsahují vůbec a ty jsou dodávány během zárodečného vývoje z pracovního pozadí. 74
Všechny tyto krkolomné úvahy jsou nutné. Pokud by organizmy byly mechanizmy, které mají všechnu informaci v sobě, musí existovat nějaký nejhlubší popis systému. V tom případě člověk musí obsahovat více informace než šimpanz. Jeho nejhlubší popis musí být delší. Nebo by všichni jednodušší savci, především primáti, museli být záměrně omezeným člověkem, ve kterém jsou některé funkce vypnuty nebo silně omezeny ačkoli informace pro ně jsou v zárodečné buňce přítomny. Dále se domnívám, že úvahy o absolutní velikosti mozku jednotlivých živočichů jsou dosti nepodložené. Richard Dawkins v knize Slepý hodinář uvádí, že ke každé velikosti těla existuje jakási minimální velikost mozku, nutná k jeho řízení. Z pohledu techniky (ale i všeobecné logiky) se mi to zdá hodně neuvěřitelné. Počet ovládaných svalů i množství dat přicházejících ze smyslů je u slona i myši velmi podobný. Televizor s velkou i malou obrazovkou má stejně složitou elektroniku. Pokud u velkého organizmu (nebo přístroje) přibude něco vzhledem k malému, je to v dimenzi hmotnosti, větších působících sil a požadovaných energetických výkonů. Samotný výkon řídící logiky se vůbec nezmění, může být dokonce nižší (velký organizmus se z důvodu vyšší hmotnosti pomaleji pohybuje, delší nervy déle přenášejí vzruchy, řízení nemusí být tak rychlé). Nervová zakončení ve svalech slona musí být asi početnější, protože svaly jsou větší než u myši. Toho však lze dosáhnout i pomocí paralelního rozvětvení malého nervového svazku. Nároky na „výpočetní výkon“ motorické soustavy mozku však kvůli tomu nejsou vyšší. Pravý důvod velkých mozků u velkých zvířat bude asi jiný. Zřejmě je velmi obtížné při zárodečném vývoji lebky slona vytvořit v ní mozkovnu o objemu řádově 0,1 ml, jako má myš. V obratlech o průměru přibližně 25 cm asi není možné vytvářet kanál pro míchu o průměru 0,3 mm jako má myš. (Všechny výše uvedené rozměry a objemy jsou pouze přibližné) Mechanické 75
problémy by byly obrovské. Nicméně z hlediska výkonu motorické soustavy by takový mozek stačil. Rozhodně slon nepotřebuje mozek větší než člověk kvůli řízení velkého těla. Posouzení velikosti mozku vzhledem k inteligenci živočicha proto nemusí být jednoduché. Pokud tedy nelze přímo spojovat velikost mozku a inteligenci, nabízí se otázka, do jaké míry lze spojovat pokroky ve vývoji člověka s velikostí jeho mozku. Celkově lze snad otázku uzavřít s tím, že podobné genomy šimpanze a člověka spíše podporují teorii o existenci pracovního pozadí. Nejnovější výsledky výzkumu lidského genomu uvádějí celkový počet genů člověka na asi 30000. Navíc DNA obsahuje další úseky (oproti genům je jich většina), které nepředstavují geny. Některé z těchto úseků nesou několik opakujících se znaků, a tudíž nemohou být nositeli žádné informace. Funkce dalších úseků není známá, považují se za nefunkční produkt evoluce, což nemusí být pravda. Je extrémně obtížné posoudit, kolik genetické informace může být potřeba pro „sestrojení“ člověka. Nalezených 30000 genů se však zdá jako velmi nízké množství a to i v případě, že spolu mohou produkty těchto genů složitě interagovat. Musíme si uvědomit, že pokud by platily dnešní klasické představy o zárodečném vývoji, veškeré informace o všech systémech těla by musely být ukryty v těchto 30000 genech. V mnohobuněčném těle jsou systémy na mnoha rozměrových škálách. Od fungování biochemie jednotlivých buněk až k funkci mozku. Jak již bylo uvedeno, o informační náročnosti některých funkcí mozku nyní máme hrubou představu na základě srovnání se stroji. Jiné funkce (myšlení, řeč) nedovedeme kvantifikovat z hlediska požadavků na informace, nutné k jejich vytvoření. Dá se však očekávat, že se nebude jednat o jednoduché procesy, očekávané množství potřebných informací bude podstatně větší než u funkcí „automatických“. I „automatické“ funkce (které má již i moucha) by pomocí současných technologií používaných pro 76
výrobu strojů vedly k vysoké složitosti. Programy, řešící podobné „automatizmy“ nedovede dnes nikdo sestavit, v každém případě se jedná o mnohonásobek složitosti programů pro řízení automatických sond na Marsu. Zdá se dosti nepravděpodobné, že by na to mohlo stačit 30 000 genů, které navíc musí vytvořit i všechny další struktury buněk, těla, řeči a rozumu. Možná, že požadavek na tvorbu člověka pomocí 30 000 genů je podobný jako požadavek vytvořit textový editor pro počítač typu PC pomocí 3 programových řádků. Uvážíme-li naznačené problémy, měl by se názor, že všechna informace nutná pro vývoj a život organizmů je v genech, ještě prověřit. Dále by se měl provádět výzkum v oblasti mimogenetické. V úvahu by se měla vzít možnost, že v genech jsou pouze vývojové a provozní parametry, a že řídící logika celého vývoje (zárodečného i evolučního) leží mimo geny. Hypotetické mimogenetické pracovní pozadí mohlo být obrazem průniku jiné části „primární reality“ do námi zatím poznané části světa. Na uvedených myšlenkách není nic mystického. Před objevením rádiových vln se mohla komunikace na dálku bez viditelného spojení mohla zdát tajemná, snad i zázračná. Spisovatelé sci-fi se nikdy před objevem rádiového spojení neodvážili něco podobného zanést do svých románů. Vyžadovalo by to prostě představu něčeho, o čem se nevědělo. Kalkulovat s naprosto neznámým, pokud ani nevíme, že to existuje, si nedovolí ani vědeckofantastičtí spisovatelé. Představa primární, zatím nepoznané reality je věc velmi podobná. Jevy ve světě, který jsme již poznali, však musí být vysvětlitelné. Pokud jejich vysvětlení naráží na předpoklad neuvěřitelné souhry okolností a leží z hlediska nám známých zákonů na hranici představitelného nebo za ní, je čas pohled přehodnotit. Věda nezkoumá filozofické pozadí, ale konkrétní fungování a mechanizmy. Pokud některé jevy nejsou vysvětlitelné, je nerozumné dovolávat se velmi hraničních předpokladů, za kterých se jev ještě dá připustit podle 77
známých zákonitostí. Bylo by snad plodnější připustit, že se můžeme mýlit. To, že vznik a stabilita života nejsou pochopitelné neznamená, že na vzniku života je cosi mystického. Počítačový program z našeho příkladu v kapitole „Co je primární realita ? “ také není schopen správně vysvětlit vznik sebe a počítače. Tím, že se o to pokouší neobjevuje pravdu. Jeho primární realita leží někde jinde, svět programátorů není soubor náhodných procesů na rané Zemi. Zbývá pouze konstatování, že primární realita dodává do námi poznané části světa informaci, nutnou pro vývoj a stabilitu života. Život se s podporou této informace rozvíjí částečně autonomně, na základě principu mutace-selekce. Kde se informace v primární realitě bere ? To nevíme. O mechanizmu jejího vzniku nevíme zatím nic. Může se to ale časem změnit. Nechtějme uzavírat přírodní vědy do hranic již poznaného. Čeká nás asi ještě hodně překvapivých zjištění. Patentový úřad bychom ještě neměli pro jistotu rušit. Že již bylo všechno objeveno, si nejsme jisti. Nechme pracovat vědu a nechtějme mít snadné, ukončené a přehledné řešení (současný neodarwinizmus) za každou cenu. Úvahy, které můžeme dnes dělat, nebyly za Darwina možné. Dostáváme se do role konstruktérů strojů srovnatelně složitých, jako jsou živé systémy. Myslím, že žijeme ve vzrušující době. Nebrzděme vědecké poznání nepodloženými předpoklady, vydávanými za pravdu. Teorie primární reality nevyžaduje téměř žádné korekce v předpovědích současných teorií. Mutačně-selekční mechanizmus evoluce zůstává z velké části zachován. Není však jedinou příčinou evolučních pochodů. Teorie primární reality vytváří i testovatelné předpovědi.
14. Předpovědi teorie primární reality
78
1.Jakýkoli mechanizmus, pracující na dnes poznaných principech, by časem měl směřovat k rozkladu, maximálně zůstávat stabilní. Pro zachování stability musí být v mechanizmu implementovány speciální ochranné prostředky. Systematické dlouhodobé zlepšování by nemělo být možné. 2.Nemělo by být možné prakticky využít metodu „náhodná změna-umělá nebo přirozená selekce“ pro dlouhodobé zlepšování vlastností v systémech, které prokazatelně pracují na principech mechanizmu 3.Život by měl za určitých podmínek samovolně vznikat navzdory teorii pravděpodobnosti 4.Mimogenetické jevy v organizmech by měly být velmi podstatné, měly by pokrývat větší část složitosti fungování organizmu 5.Geny by měly představovat stabilizované parametry vývoje, jejich podíl na celkové složitosti organizmů by neměl být dominantní K předpovědi číslo 1. Pro definitivní potvrzení této předpovědi by bylo potřeba vypracovat matematické postupy modelování složitých systémů. Do těchto modelů pak zanést struktury reálných systémů, nebo alespoň jejich aproximace. Vyčíslit pravděpodobnosti negativních a pozitivních mutací. Vyčíslit selektivitu přírodního (nebo i umělého) výběru, za rozumných předpokladů. V takto modelovaném systému pak nechat „matematicky evolvovat“ složitou strukturu. Pokud jsou závěry teorie primární reality správné, měl by se v systému projevit úpadek, namísto vzrůstu složitosti. Ideální by bylo, pokud by byla nalezena obecná matematická formulace, která by pro složité systémy jiné chování nepřipouštěla.
79
K předpovědi číslo 2. Uvedená předpověď vysvětluje, proč není možné pomocí mutačněselekčního postupu například systematicky vyvíjet programy. Povšimněme si toho, že jednotlivé náhodné zlepšení teorie umožňuje. Jelikož ale zapovídá trvalý postup vpřed, je to chování srovnatelné s výhrou v loterii. Jeden náhodný úspěch nemůže převážit nad velkým počtem zhoršení. I toto tvrzení by bylo ideální dokázat čistě matematicky. Výzkumy v oblasti evoluce by tedy mohlo být účelné vést na matematickém základě, který by mohl definitivně strhnout roušku pochyb, panujících nad standardním evolučním modelem tím, že by jej nepotvrdil.
K předpovědi číslo 3. Pokud je teorie primární reality správným modelem skutečnosti, dal by se předpokládat samovolný vznik života z neživých látek, navzdory matematickým a fyzikálním modelům. Tento vznik by pak byl zákonitý, alespoň za určitých podmínek. Proto by po nalezení těchto podmínek měl život sám vznikat i v laboratoři. Současně by to znamenalo, že život ve vesmíru není úplně ojedinělý. Pokud je jeho vznik zákonitý, nemusíme se již odvolávat na fantasticky malé pravděpodobnosti
spontánního
vzniku.
K předpovědi číslo 4. Mimogenetické jevy by měly v organizmech zajišťovat pracovní pozadí. Proteiny cytoplazmy a ostatní dnes nepříliš hluboce prozkoumané struktury buněk by měly být pravým důvodem složitosti života. Třírozměrné provázané struktury proteinů by řídily fungování buněk. Některé jejich funkce by byly čistě automatické, podobně jako ve složitých mechanizmech. Část těchto velmi komplikovaných struktur by nefungovala zcela mechanicky, ale vzhledem ke své konfiguraci by byla jakousi
80
bránou průniku primární reality do fungování buněk. Slabé nesymetrie vazebných vlastností atomů v molekulách („řízené“ z primární reality) by pak byly pravým důvodem stability života i jeho rozvoje k novým formám.
K předpovědi číslo 5. DNA a geny mají v tomto modelu omezenější roli než v klasické teorii. Stávají se nositeli vývojových parametrů, které se optimalizují pomocí mutačně-selekčního principu. Ve výsledku pak představují jakýsi rezervoár informací („harddisk“) pro hlubší buněčné procesy, předpovídané v minulém bodě. Úplné poznání genomu organizmu by sice organizmus do značné míry definovalo, nebyly by to však postačující informace pro jeho stavbu. Záznam v genech by pouze informoval pracovní pozadí o tom, co se má dělat. DNA představuje text a ten musí být napřed nějak interpretován, nemá význam sám o sobě. Pouze interakcí pracovního pozadí s textem v DNA může dojít k vytvoření konkrétního organizmu. V počítačové metafoře lze situaci přirovnat k programu pro určitý operační systém. V jiném operačním systému program nepoběží, je to jen sekvence nic neříkajících znaků.
81
15. Jiné teorie vzniku a vývoje života
Principiálně existují pouze tři vysvětlení vzniku a vývoje života na Zemi, které jsou slučitelné s pozorováním. Pokud přijmeme fakt evoluce, tedy to, že k postupnému vývoji a růstu složitosti organizmů skutečně a dokazatelně došlo, můžeme z možných vysvětlení vyřadit speciální stvoření druhů v nějakém konkrétním časovém bodě v minulosti. Ze zbývajících mechanizmů se nabízí klasická mutačně-selekční teorie (neodarwinizmus), teorie primární reality („asistovaná“ mutačně-selekční teorie) a teorie předprogramování. Tato poslední možnost předpokládá, že na ranou Zemi byly dopraveny (přirozeným způsobem nebo uměle) prvotní buňky, které se staly základem života a postupně se vyvinuly ve všechny známé organizmy. Předprogramování může mít dvě formy. Jednou je pouhá jednoduchá buňka, která v sobě nemá žádné informace o dalším vývoji, který by pak musel probíhat klasickým mutačněselekčním způsobem. Takový scénář je v rozporu s teorií pravděpodobnosti náhodných mutací ve složitých systémech, protože další vývoj by byl omezen na tvořivou sílu přírodního výběru. Ta však podle naší analýzy nemůže být sama o sobě dostatečná. Druhou formou možného předprogramování může být předpoklad, že informace pro vytvoření všech systémů, které se teprve začnou využívat, leží v buňce a v počátečních vývojových stadiích a nejsou aktivní. V takovém případě by buňka sama rozhodovala o zapojení těchto systémů do provozu, podle dosažené úrovně vývoje. Na určitém vývojovém stupni by tedy došlo k aktivaci nových vlastností a schopností. To by vysvětlovalo vznik takových vývojových pokroků, jako je mnohobuněčnost nebo vznik vyšších taxonomických skupin.
82
Jinými slovy to znamená, že celé pracovní pozadí by bylo od počátku přítomné již i v jednoduchých organizmech. Postupný vývoj by byl založen na kombinaci mutačně-selekčního principu a stabilního pracovního pozadí. V tomto pracovním pozadí by musely být uloženy všechny koncepční informace o budoucích organizmech, včetně takových vlastností, jako je analýza obrazového signálu nebo schopnost řeči a myšlení. Pro podporu takové teorie by bylo potřeba prozkoumat, jak by podobné informace mohly být v buňce uloženy. Vzhledem k tomu, že zaručit dlouhodobou stabilitu informací tak, aby při miliardy let trvajícím vývoji nebyla znehodnocena, je velmi obtížné, jeví se tato teorie jako dosti nevěrohodná. Navíc by prvotní buňka musela přicházet z našeho známého vesmíru, tedy z podobných podmínek, jako jsou u nás na Zemi. K vytvoření buňky by na jiných kosmických tělesech nebylo k dispozici řádově více času než na Zemi. Jako mechanizmus vzniku této buňky se navíc nabízí pouze mutačně-selekční metoda, která není dosti účinná. Teorie předprogramování je tedy kandidát na možné vysvětlení, její věrohodnost však není příliš vysoká. I pokud bychom se nestarali o to, kde se předprogramovaná buňka vzala, bylo by velmi obtížné zajistit správnou, bezchybnou činnost pracovního pozadí po miliardy let. Z toho důvodu se tato teorie potýká s podobnými problémy stability organizmů jako klasický neodarwinizmus.
16. Teorie primární reality kontra neodarwinizmus
Po vyloučení teorie předprogramování vycházejí jako dva zbylí kandidáti na možný mechanizmus vzniku a vývoje života klasická mutačně-selekční teorie a teorie primární reality. Tyto dvě teorie nejsou v protikladu. Teorie primární reality je jen rozšířením klasické teorie. Rozšíření umožňuje 83
vysvětlit ty části klasické teorie, které podle všech dnes známých principů vzdorují vysvětlení, nebo jsou vysvětlitelné pouze za předpokladu nereálně nízkých pravděpodobností. Pokud předpokládáme pouze dosud známé mechanizmy, které připouští klasická teorie, dostáváme se do problémů téměř ve všech stádiích vývoje života. Při jeho vzniku musíme přijmout velmi nepravděpodobný fakt vzniku prvotního autoreplikátoru. Jeho vznik pokládá řada vědců za prakticky nemožný. Musíme zde tedy postulovat velmi nepravděpodobnou jednorázovou událost. Pokud by tím všechny problémy končily, dala by se klasická teorie ještě akceptovat. Následný vývoj života je však také značně problematický. Organizmy se skládají na všech rozměrových a vývojových stupních ze složitě provázaných součástí. Přímý vývoj tak, aby každá změna mohla představovat zlepšení z hlediska schopnosti rozmnožování, je prakticky nemožný. Musíme se zde uchylovat k předpokladům nepřímého vývoje, kde určité části organizmů sloužily původně jiným účelům. Postupným vývojem zmizely. Tím zůstaly v provozu takové kombinace částí, které samy o sobě nemohly vzniknout postupným vývojem. Richard Dawkins uvádí na podporu tohoto tvrzení příklad klenby, která musí být při stavbě podpírána pomocnou konstrukcí, jinak by se neudržela. Po vložení posledního prvku však klenba drží sama, protože síly se rozkládají takovým způsobem, který nemohl vzniknout postupným vývojem. Odebrání jediného stavebního prvku způsobí zhroucení celé klenby, pokud původní podpůrná konstrukce již není k dispozici.
84
Pokud se budeme odvolávat na podobné postupy, můžeme zdánlivě vysvětlit vývoj veškeré pozorované složitosti organizmů. Ve skutečnosti je to jen iluze, protože pravděpodobnosti opakovaného vzniku mnoha různých částí, od biochemických drah přes orgány mnohobuněčných živočichů až po vznik rozumu se spolu násobí. Ačkoli pravděpodobnost nepřímého vzniku nějaké součásti organizmu nelze snadno vyčíslit, jedná se o velký problém. ------------------------------------------------------Pod čarou: Pro ilustraci si udělejme malý příklad. Řekněme, že by taková pravděpodobnost (v době, která byla k dispozici) byla pro jeden systém například 1:10 (a to je zřejmě velmi optimistický odhad). Předpokládejme dále, že složitý organizmus, například savec, obsahuje takových systémů 30000. I to je asi poměrně podhodnocený a tedy optimistický odhad. Odhadovaný počet 30000 řádově vychází ze známého množství genů u člověka, které je podle posledních analýz přečteného genomu právě asi 30000. Celkovou pravděpodobnost vzniku celé kaskády 30000 systémů dostaneme vynásobením pravděpodobností vzniku jednotlivých systémů. Budeme tedy násobit pravděpodobnost 1:10 a to 30000x. Výsledkem je pravděpodobnost 1:1030000 (to znamená jedničku a za ní 30000 nul, číslo vskutku velké)
V celém
vesmíru je přitom ani ne 1099 (jednička a za ní 99 nul) elementárních částic. Vypočtená pravděpodobnost vývoje života je tedy velmi nízká. Uvedené odhady byly učiněny se uvážením tvůrčí síly přírodního výběru. Z toho vychází optimistický předpoklad vzniku jednoho systému na úrovni pravděpodobnosti 1:10. Systémy jsou tedy vytvářeny silou mutací a výběru. Současně byl vypuštěn argument, že ve složitém systému většina změn vede k degradaci, tedy klíčový argument teorie primární reality. Toto zjednodušení vede k výrazně příznivější hodnotě pravděpodobnosti postupného vývoje života. Dále nebyla započítána pravděpodobnost samovolného vzniku prvotního autoreplikátoru.
85
------------------------------------------------------Pokud se tedy vezmou v úvahu všechny dnes známé skutečnosti, nelze klasickou teorii považovat za důvěryhodného kandidáta na úplné vysvětlení vzniku a následného vývoje života. Současně je třeba připustit, že ani sebemenší odhadnuté pravděpodobnosti nemohou klasický scénář zcela vyloučit. Jde jen o to, jak nepravděpodobné souhry okolností budeme ještě brát jako přijatelné. Hodnota pravděpodobnosti 1:1030000 z našeho příkladu pod čarou však není akceptovatelná. Protože již vstupní odhady, pomocí kterých se snažíme vypočítat pravděpodobnost jsou plné nejasností a nepřesností, odmítají někteří vědci výsledky teorie pravděpodobnosti. Uvádějí, že pokud nejsou známa všechna fakta, která byla ve hře, mohou se výpočty pravděpodobnosti drasticky mýlit. S tím lze jen souhlasit a je to další a naprosto nezávislý argument pro to, že ne vše je zatím známo. Charakter toho co vlastně není známo je obtížné určit. Z pohledu složitých systémů a pravděpodobností náhodných pozitivních změn se zdá teorie primární reality přiměřená. Teorie primární reality rozděluje evolvující systém na dvě části. Jedna z nich musí být stabilní, je to pracovní pozadí, druhá naopak podléhá náhodným změnám (mutacím). Celek se pak chová podobně, jak to předpokládá klasická mutačně-selekční teorie. Zatím neznámou částí evolvujících systémů je tedy pracovní pozadí. Pomocí něj se klasický mechanizmus evoluce převádí na „asistovanou“ evoluci, tedy na stav, kdy mutačněselekční metoda funguje dlouhodobě stabilně pomocí podpory pracovního pozadí.
Můžeme vytvořit jednoduchý model na základě symbolické rovnice:
86
Es = k*Pp + (1-k)*Mc
Kde: Es je evolvující systém, Pp je pracovní pozadí a Mc náhodně proměnná (mutující) část systému k je zde koeficient vlivu pracovního pozadí na systém, spodní mez pro jeho hodnotu je 0, horní mez je 1 Koeficient vlivu pracovního pozadí je zde klíčovou konstantou. Pokud položíme k = 0, přechází rovnice do tvaru:
Es = 0*Pp + (1-0)*Mc a tedy: Es = Mc
V tomto případě se jedná o systém dle klasické mutačněselekční teorie, neboť systém je celý tvořen pouze náhodně proměnnou (mutující) částí.
Pokud položíme k do rozsahu 0
Es = k*Pp + (1-k)*Mc
Velikost k má vliv na to, jak velká část systému je stabilní a jak velká je proměnná část. Teorie primární reality předpokládá většinu složitosti ve stabilní části (v pracovním pozadí) a k tedy blízké 1. Proměnná část slouží pouze jako „zásobník“ vývojových parametrů pro stabilní část. Pracovní pozadí vzniká a je stabilizováno vlivem primární reality.
87
Konečně pokud položíme k = 1, přejde rovnice do tvaru:
Es = 1*Pp + (1-1)*Mc a tedy: Es = Pp
V tomto případě se jedná o hypotetický plně řízený systém, ve kterém není místo pro náhodné změny. Takový systém by mohl evolvovat pouze na základě změn v pracovním pozadí, které by bylo jedinou součástí systému. Vše co by se v evoluci stalo, by muselo být zcela determinováno změnami pracovního pozadí. Takový stav však není slučitelný s pozorovanými skutečnostmi. Nebylo by možno rozumně vysvětlit adaptace organizmů na prostředí a na jiné organizmy, například složité symbiózy.
Grafické znázornění uvedených případů je na obrázku 2.
88
Obr 2.
Klasická mutačně-selekční teorie je tedy limitním případem teorie primární reality pro k = 0. Pro nenulové hodnoty k vstupuje do hry pracovní pozadí a vývojové mechanizmy se liší od čistě mutačně-selekčních. V těchto oblastech nenulového k se nachází programy pro demonstraci evoluce na počítači. V tomto případě je pracovní pozadí známé, jedná se o operační systém a o vlastní program s výjimkou jeho částí, které mohou záměrně podléhat náhodným změnám. Dalším limitním případem je systém kde k = 1. Tento systém je plně určen pracovním pozadím. Možnosti evoluce takových systémů jsou nulové. Pokud by k evoluci přesto docházelo, byla by vyvolávána pouze změnami v pracovním pozadí a byla by jimi determinována. To je však v konfliktu s pozorovanými fakty. Společenství organizmů evidentně procházejí evolucí jako celek, organizmy se přizpůsobují okolí a současně jiným organizmům. Výsledkem je biosféra, ve které existuje mnoho složitých a často i těžko rozpoznatelných vazeb, například parazitizmus nebo symbiózy. To všechno jsou faktické důkazy, že evoluce nemůže být dokonale řízená běhovým pozadím a že vyvíjejícím se organizmům je nutno přiznat značnou dávku vývojové autonomie.
89
17. Závěr: Co z toho plyne ?
V předcházejících kapitolách jsme shrnuli podstatná fakta tak, jak se jeví z pohledu dnes dosaženého poznání. Zjistili jsme, že v předpovědích různých teorií jsou značné rozpory. Na jednu stranu je zde snaha držet se vysvětlení vycházejících pouze z dnes zjištěných skutečností. Pokud byl vesmír započat velkým třeskem přes který se nemohla dostat (nebo ze kterého nemohla vzejít) žádná informace a pokud dnes sledujeme na Zemi život, pak se musel vyvinout. Vyvinout se musel z hmoty, která má vlastnosti poznané vědou, především fyzikou a chemií. Vývoj života je faktem o kterém nelze diskutovat. Současně i základní parametry standardního modelu vesmíru, například stáří vesmíru, jsou zřejmě správné. Otázkou tak zůstává jen mechanizmus vývoje. Protože v současné koncepci vědy není místo pro jiné mechanizmy, musel zafungovat mutačně-selekční model. Po víceméně náhodném vzniku prvotního autoreplikátoru se život již dále vyvíjel přírodním výběrem. Klasického modelu se drží především biologové a evoluční biologové, pro které je zkoumání života jejich prací. Život, který zkoumají, nemuseli napřed vytvořit a jeho vznik tak považují za vcelku samozřejmý. Odtud plyne jejich víra ve správnost klasické teorie jako jediného mechanizmu vzniku a vývoje života. Objevují se však i kritici navrženého vývojového modelu. Pokud vynecháme fundamentalisty, jedná se o vědce, kteří fakt evoluce respektují, nesouhlasí však s jejím mechanizmem. Do této skupiny se řadí především ti, kteří se pokusili podložit navrhovaný model teoreticky nebo experimentálně. Všechny pokusy o modelování mutačně-selekčního procesu selhávají na konkrétních potížích s pravděpodobností jednotlivých změn a se selektivitou přírodního výběru, kterou lze rozumně předpokládat. Do cesty se staví i obtížný vznik provázaných systémů postupným vývojem, kdy každý krok musí být pro organizmus pozitivní v boji o přežití a reprodukci. 90
Pokusy o experimentální vytvoření prvotního autoreplikátoru také selhávají. Teoretické výpočty možnost jeho samovolného vzniku téměř zapovídají. Celkově se zdá, že čím více se někdo věnuje úvahám nebo pokusům v oblasti vzniku a vývoje života, na tím větší překážky naráží. Jak věda postupuje dál, objevuje se více argumentů proti než pro samovolný vznik a vývoj života. Současně vychází najevo vysoká komplikovanost fungování života. Na základě historické paralely lze soudit, že složitost (CSI) života je stále silně podhodnocena. O tomtéž nás přesvědčují výsledky technických věd a technologický pokrok. Ve středověku bylo snadné si myslet, že se mouchy vytváří samy ze zkaženého masa, protože se vůbec netušilo, co to moucha je. Dnešní technika vytvořila stroje složitostí srovnatelné s živými organizmy. Po tom, co lidé vytvořili průzkumná vozidla pro zkoumání povrchu Marsu, vychází najevo, že moucha je ještě podstatně složitější. O kolik složitější, to dnes nelze odhadnout. Že by se i jen vozidlo pro průzkum Marsu mohlo samovolně vytvořit ze zkaženého masa si ale nemyslí nikdo. Člověk pochopil, že pokud jsou schopnosti nějakého systému měřítkem jeho vnitřní složitosti, musí být složitost mouchy obrovská. Takový systém se ale nemůže vytvořit sám, ze zkaženého masa. Je vidět, že pokrok techniky pootevřel lidem oči. Nikdo dnes netvrdí, že se mouchy samy vytvářejí, evoluce ve směru postupného růstu složitosti evidentně proběhla. Navrhovaný mechanizmus se však zdá být nedostatečný. Mutačněselekční metoda nemůže vést sama o sobě ke vzniku složitých soustav. Jakýmsi minimálním dodatečným požadavkem jsou příznivé vlastnosti hmoty a fyzikální zákony, které takový vývoj připouštějí. Pokud by například mohly ve vesmíru existovat jen atomy vodíku, život v dnešní podobě by nemohl vzniknout. Analýza chování náhodně pozměňovaných složitých soustav nás vede k názoru, že mimo požadavku příznivých vlastností 91
hmoty musí existovat další formující princip. Samotný mutačněselekční model nedovede vysvětlit vznik a vývoj života, aniž bychom se museli dovolávat neskutečně malých pravděpodobností. Dokonce ani pouhá stabilita života nemůže být uspokojujícím způsobem vysvětlena. Všechny existující modely, které se pokoušejí modelovat pravděpodobnost vzniku a vývoje života dávají pravděpodobnost často nižší než je 1:N, kde N je počet všech elementárních částic ve známém vesmíru. Někteří kritici vytýkají modelům nesprávnou metodologii. Tvrdí, že modely nepočítají s kumulativní selekcí pozitivních změn. Kumulativnost změn však problém spíše zvětšuje, protože pravděpodobnost náhodné negativní změny je ve složitém systému vždy vyšší než pravděpodobnost náhodné pozitivní změny. Protože přírodní výběr nemůže být silně selektivní, nelze systém udržet ani ve stabilním stavu. I přes možnost určitého zlepšení přírodním výběrem časem převládnou degenerativní procesy. Aby tomu tak nebylo, nesměly by být změny systému náhodné. Možnost cílených a lokalizovaných nenáhodných změn však klasický mutačně-selekční model nepřipouští. Z toho důvodu se zdá velmi pravděpodobná existence dalšího dosud nepoznaného formujícího principu. Neznamená to, že takový princip nebude časem poznán. Není na tom nic mystického ani odporujícího naturalizmu. Diskutovaná teorie primární reality může být jedním z možných vysvětlení. Připouští existenci dosud neznámých vlastností hmoty. Možnost, že jsme zatím prozkoumali jen část skutečně existujícího není nelogická. K vývoji ve vědě stále dochází, nové teorie často nemají jednoznačné interpretace. Pokud je teorie primární reality správná, měla by vyvolávat zjistitelné jevy ve světě, který známe. Předpokládaná intenzita takových jevů je velmi malá. Kdyby nebyla, již by byly objeveny. Lidé konstruují stroje bez využití těchto jevů, kterých si zatím ani nevšimli. Proto se stroje chovají jinak než živé organizmy, ponechány samy sobě jsou odsouzeny k postupné degradaci vlastností a to 92
i v případě, že se budou samy replikovat. Pouze člověk použitím naplánovaných změn je schopen zlepšovat a vyvíjet stroje. Kde se nachází dosud nepoznaná část reality dnes nevíme. Mohla by se nacházet například v subatomárních rozměrech. Kvantová mechanika by mohla být výsledkem působení dosud nepoznaných principů v hypotetickém submikrosvětě. Informace z ní do nám známého světa mohou vstupovat například pomocí mírných nesymetrií vazebných vlastností atomů, „modulováním“ kvantově-mechanických pravděpodobností. Nesymetrie by se projevovaly pouze za určitých podmínek, kdy by jejich velmi slabá intenzita stačila na vytváření struktur, například pořadí aminokyselin. Další možností jsou dimenze prostoru a času. Moderní strunové teorie předpokládají vetší počet prostorových rozměrů než tři. Hypoteticky by mohl existovat průnik informací i z jiných rozměrů našeho časoprostoru. Všechny tyto úvahy jsou jen ukázkou možného. Jak to ve skutečnosti je, ukáže až další výzkum. V žádném případě bychom se však neměli uzavírat v představě, že vše již bylo objeveno. V minulosti již padly návrhy na zrušení patentového úřadu, protože vše podstatné bylo objeveno. Nedělejme podobnou chybu. Výzkum života může přinést lidem řadu pozitivních objevů, použitelných pro léčení nemocí nebo pro konstrukci nových, dokonalejších strojů. Nejhorší co se dá dělat, je zabarikádovat se na pozicích nepružného neodarwinizmu nebo kreacionizmu. Věda by měla brát v potaz všechny možnosti. Vyloučením určitých možností ve jménu toho že „všechno podstatné již bylo objeveno“ nás nemůže posunout vpřed. Naopak, vyvolává to stav, ve kterém se nové otázky nekladou a nové jevy nepředpokládají, proto se ani nehledají. Začátek dvacátého prvního století není doufejme posledním obdobím existence lidstva na Zemi. Nedopusťme, aby se na naši dobu vzdálení potomci dívali jako na středověk.
93
18. Vysvětlení některých pojmů
Mechanizmus – stroj, zařízení, organizmus nebo jejich část, pracující na základě poznaných a popsaných dějů a principů, včetně uvážení všech možností samoorganizace, náhodného vzrůstu organizovanosti, kvantově-mechanické neurčitosti a dalších dnes známých dějů. Pojem „mechanizmus“ nepokrývá pouze děje „mechanické“ povahy ale například i interakce polí, které se řídí dnes poznanými zákonitostmi. CSI – specifická složitost - v textu se používají slova jako "složitost" nebo "informace". Pojmy bych rád upřesnil. Informace v obvykle míněném Shannonově smyslu souvisí s nepravděpodobností uspořádání nějaké struktury nebo systému. Méně pravděpodobné, složitější systémy obsahují v tomto smyslu více informace. Molekulární biologové počínaje Francisem Crickem nevyjadřují informaci pouze v pojmech složitosti ale i specifičnosti. Specifičnost je "nezbytná pro funkci" systému (Crick 1958, Sakar 1996). Dembski (2002) použil termín "komplexní specifická informace", anglicky “complex specified information”, ve zkratce (CSI) jako synonymum specifické složitosti a tím odlišil biologickou informaci nezbytnou pro funkci od Shannonovy informace.
Pracovní pozadí – mechanizmus, umožňující stabilní mutačněselekční vývoj. Sám tvoří jednu část ve vyvíjejícím se systému. Mutace se v něm neprojevují.
94
Autoreplikátor – zařízení nebo organizmus, který se cyklicky obnovuje, kopíruje. Při každém kopírování může dojít k mírné změně (mutaci) oproti originálu.
Mimogenetický jev – negenetický jev, proces, který nemá přímý důvod v genetické výbavě organizmu, a obecněji ani v sekvencích DNA nebo RNA.
Nesymetrie vazebných vlastností – jev, kdy se vazby mezi atomy sloučenin (například při řetězení aminokyselin a vzniku proteinů) vytvářejí s mírně odlišnou pravděpodobností, přestože molekulární kontext vazeb je stejný. Podstatou jevu může být nepoznaná vlastnost kvantově-mechanických procesů, kdy mírné preference vazebných vlastností umožňují vznik nenáhodných posloupností například aminokyselin. Může být způsoben i jakýmikoli jinými, dnes nepoznanými příčinami. Tím proniká do buněčných procesů informace z primární reality a udržuje stabilní pracovní prostředí buňky. Jev nebyl zatím pozorován, předpokládá jej teorie primární reality.
19. Literatura
Dawkins, R., Slepý hodinář, Paseka, Praha 2002 Charles B. Thaxton, Walter L. Bradley, Roger L. Olsen ; Tajemství vzniku života : kritická analýza současných teorií Praha : Návrat domů, 2003 A. Markoš: Povstávání živého tvaru, Praha:
Vesmír 1997
A. Markoš: Tajemství hladiny, Vesmír, Praha, 2000 Behe, Michael J.: Darwinova černá skříňka, Praha, Návrat domů 2001 95
Jan Zrzavý, David Storch, Stanislav Mihulka: Jak se dělá evoluce, Paseka 2004 S. Hawking: Stručná historie času, Mladá fronta (edice Kolumbus), Praha 1991 Philip E Johnson: Spor o Darwina, Návrat domů, Praha 1996 Steven Weinberg: První tři minuty, Mladá fronta, Kolumbus, 1983 Kovář, Ladislav: Nevyřešené otazníky evoluce, Olomouc : Rubico, 2003 Vejražka, F.: Signály a soustavy, Praha, Vydavatelství ČVUT 2001 Barrow, John D.: Konstanty přírody, Praha, Paseka 2005 Lamarck, J.B.: Philosophie zoologique, Paris, Flammarion 1994 (přeložila Kateřina Gajdošová, s poznámkami A. Markoše) Kaufmann, S.: Čtvrtý zákon, Praha, Paseka 2004 Meyer, Stephen C.: The Origin of Biological Information and the Higher Taxonomic Categories, Proceedings of the Bilological Society in Washington, November 30, 2005
96
