Czy ewolucja może generować nową informację?
W SKRÓCIE: Niektórzy krytycy teorii ewolucji argumentują, że naturalne procesy nie są w stanie wytworzyć nowej informacji genetycznej niezbędnej do powstania nowych gatunków organizmów. W BioLogos również zachwycamy się złożonością informacji genetycznej, jednak zgadzamy się z opinią większości biologów, iż w wyniku dobrze poznanych procesów – które, jak wierzymy, znajdują się pod Bożą kontrolą – nowa informacja powstaje nieustannie.
Intuicja może prowadzić nas na manowce
DNA często porównywane jest do instrukcji obsługi, na podstawie której budowane są żywe organizmy. Dla wielu osób koncepcja instrukcji, która zmienia się samoistnie, produkując nową informację, może być intuicyjnie trudna do zaakceptowania. Gdyby owa intuicja faktycznie okazała się słuszna, oznaczałoby to, że musi istnieć zewnętrzna inteligencja, która bezpośrednio odpowiada za tworzenie nowej informacji.
Próbując odpowiedzieć na tak postawiony zarzut, warto zauważyć, że intuicja nie zawsze skutecznie wskazuje nam na to, co rzeczywiście jest możliwe. Dla większości ludzi żyjących przed siedemnastym wiekiem nieakceptowalna wydawała się koncepcja Ziemi obracającej się wokół własnej osi i krążącej wokół Słońca. Dla wielu osób wciąż niewyobrażalne jest, że czas może zwalniać, gdy zwiększa się prędkość, z którą się poruszamy. Być może intuicja zawodzi nas również w kwestii możliwych zmian w DNA powstałych w wyniku naturalnych procesów na przestrzeni wieków.
Boża rola w naturalnych procesach
Intuicyjne przyjęcie naturalnych mechanizmów jako jedynego źródła różnorodności może sprawiać kłopot, ponadto wiele osób odnosi wrażenie, że jeśli jakieś zjawisko posiada naturalne lub naukowe wyjaśnienie, wówczas Bóg zostaje odstawiony na bocznicę i nie może odegrać w nim żadnej aktywnej roli.
W BioLogos wierzymy, że Bóg może działać w sposób cudowny i powodować zjawiska, których nie da się wyjaśnić w sposób naukowy – jak choćby zmartwychwstanie Jezusa, zamiana wody w wino oraz inne cuda, których autentyczność poświadcza Pismo. Jesteśmy jednak przekonani, że Bóg może działać zgodnie z zamysłem swej woli poprzez regularne i długotrwałe procesy, które opisuje nauka. Stwierdzenie, że Bóg stworzył Hawaje i utkał każdego z nas w łonie matki jest poprawne teologicznie, mimo iż posiadamy wyczerpujące naukowe wyjaśnienie tych procesów.
Intuicja może prowadzić nas na manowce
DNA często porównywane jest do instrukcji obsługi, na podstawie której budowane są żywe organizmy. Dla wielu osób koncepcja instrukcji, która zmienia się samoistnie, produkując nową informację, może być intuicyjnie trudna do zaakceptowania. Gdyby owa intuicja faktycznie okazała się słuszna, oznaczałoby to, że musi istnieć zewnętrzna inteligencja, która bezpośrednio odpowiada za tworzenie nowej informacji.
Próbując odpowiedzieć na tak postawiony zarzut, warto zauważyć, że intuicja nie zawsze skutecznie wskazuje nam na to, co rzeczywiście jest możliwe. Dla większości ludzi żyjących przed siedemnastym wiekiem nieakceptowalna wydawała się koncepcja Ziemi obracającej się wokół własnej osi i krążącej wokół Słońca. Dla wielu osób wciąż niewyobrażalne jest, że czas może zwalniać, gdy zwiększa się prędkość, z którą się poruszamy. Być może intuicja zawodzi nas również w kwestii możliwych zmian w DNA powstałych w wyniku naturalnych procesów na przestrzeni wieków.
Boża rola w naturalnych procesach
Intuicyjne przyjęcie naturalnych mechanizmów jako jedynego źródła różnorodności może sprawiać kłopot, ponadto wiele osób odnosi wrażenie, że jeśli jakieś zjawisko posiada naturalne lub naukowe wyjaśnienie, wówczas Bóg zostaje odstawiony na bocznicę i nie może odegrać w nim żadnej aktywnej roli.
W BioLogos wierzymy, że Bóg może działać w sposób cudowny i powodować zjawiska, których nie da się wyjaśnić w sposób naukowy – jak choćby zmartwychwstanie Jezusa, zamiana wody w wino oraz inne cuda, których autentyczność poświadcza Pismo. Jesteśmy jednak przekonani, że Bóg może działać zgodnie z zamysłem swej woli poprzez regularne i długotrwałe procesy, które opisuje nauka. Stwierdzenie, że Bóg stworzył Hawaje i utkał każdego z nas w łonie matki jest poprawne teologicznie, mimo iż posiadamy wyczerpujące naukowe wyjaśnienie tych procesów.
BioLogos uznaje cuda, takie jak Zmartwychwstanie Chrystusa. Grafika: Jezus ukazuje się uczniom (Ew. Jana 20:19-20), ilustracja z roku 1886
Zatem pytanie, które stoi przed nami, brzmi: czy powstanie informacji obecnej w DNA jest jednym z cudownych zjawisk, których nie da się wytłumaczyć na drodze nauki? A może jest to regularny i długotrwały proces, który podlega wyjaśnieniu naukowemu? W obu wypadkach, to Bóg jest dawcą życia. Musimy jednak przyjrzeć się dowodom dostępnym w świecie naturalnym, aby rozstrzygnąć, w jaki sposób – cudowny czy naturalny – zrealizował On swój plan.
Pochodzenie życia
Gdy pytamy o zdolność ewolucji do generowania nowej informacji, powinniśmy jasno określić, co dokładnie mamy na myśli. Proces ewolucji dotyczy istniejących wcześniej organizmów, powinien być zatem traktowany jako wyjaśnienie różnorodności życia, nie zaś jego pochodzenia. Obecnie prowadzone są szeroko zakrojone badania dotyczące powstania życia (zagadnienie to określa się mianem abiogenezy). Na chwilę obecną eksperci nie doszli jednak do konsensusu dotyczącego prawdopodobnego naukowego wyjaśnienia pochodzenia życia. Być może jest to zatem jedno z cudownych zdarzeń, których nie da się wyjaśnić w sposób naukowy, a może uczeni wypracują w końcu satysfakcjonujące wyjaśnienie fenomenu życia. Nie jest to jednak zagadnienie dotykające bezpośrednio problematyki tego artykułu.
Jak zdefiniować informację?
Kolejnym uściśleniem, którego musimy dokonać, chcąc odpowiedzieć na postawione pytanie, jest zdefiniowanie pojęcia „informacji”. Określenie to wykorzystywane jest w kilku różnych kontekstach i niezrozumienie jego wieloznaczności często prowadzi do nieporozumień.
Istnieją precyzyjne, matematyczne definicje pojęcia informacji, sformułowane na potrzeby różnych obszarów nauki i technologii. Jedną z najbardziej znanych definicji jest ujęcie Claude’a Shannona, w którym informacja wykorzystywana jest do określenia najbardziej wydajnych sposobów przepływu danych w systemie komunikacyjnym. Koncepcja ta jest niezwykle ważna dla funkcjonowania Internetu, nie ma jednak wiele wspólnego z informacją zawartą w DNA.
Najbardziej powszechne użycie terminu „informacja” odnosi się do treści przekazywanej z wykorzystaniem pewnego symbolicznego kodu. Nasz codzienny język jest takim właśnie kodem, w którym za poszczególnymi słowami stoją pewne określone idee. Gdy słowa zostają zlepione w określony ciąg, stają się nośnikiem informacji. Tabela wyników w sportowej sekcji gazety stanowi symboliczną reprezentację minionych wydarzeń, niosąc informacje dotyczącą przeszłości. Przepis kucharski wykorzystuje słowa i inne symbole, aby przekazać informacje dotyczące przygotowania określonej potrawy. Kod komputerowy zawiera informację, która została zakodowana przez programistów.
Istotą tej definicji pojęcia „informacji” jest wykorzystanie określonych symboli (w językach mówionych lub językach programowania), niosących jakieś zewnętrzne znaczenie, które zostało im odgórnie przypisane. To właśnie owo „znaczenie” stanowi informację według tej definicji. Kwestionowanie możliwości powstania tego rodzaju informacji wyłącznie za sprawą naturalnych procesów jest uzasadnione. Nie jest to jednak rodzaj informacji, o którym mówimy w kontekście DNA.
Jest jeszcze jedno zastosowanie słowa „informacja” i to właśnie ono jest kluczowe przy próbie stwierdzenia, czy naturalne procesy mogą wytworzyć nową informację. W kontekście DNA, informacja oznacza konkretny, fizyczny stan biomolekuł, który determinuje funkcjonowanie organizmów żywych. Właśnie to mamy na myśli, gdy mówimy o informacji zawartej w DNA. DNA nie jest kodem opartym na symbolach tak jak język, nie jest również kodem komputerowym. Nie składa się z symboli, które niosą jakieś zewnętrzne znaczenie – litery A, T, G i C to symbole, których używamy wyłącznie do opisania struktury molekularnej. DNA samo w sobie nie składa się z liter! Jest raczej molekułą o charakterystycznym kształcie, która sprawuje określone funkcje. Jeśli zatem pytanie o możliwość powstania nowej informacji na drodze naturalnych procesów dotyczy właśnie tej definicji (łańcuchów molekuł, które są zdolne do wykształcenia nowych funkcji), wówczas odpowiedź musi być stanowcza i twierdząca.
Pochodzenie życia
Gdy pytamy o zdolność ewolucji do generowania nowej informacji, powinniśmy jasno określić, co dokładnie mamy na myśli. Proces ewolucji dotyczy istniejących wcześniej organizmów, powinien być zatem traktowany jako wyjaśnienie różnorodności życia, nie zaś jego pochodzenia. Obecnie prowadzone są szeroko zakrojone badania dotyczące powstania życia (zagadnienie to określa się mianem abiogenezy). Na chwilę obecną eksperci nie doszli jednak do konsensusu dotyczącego prawdopodobnego naukowego wyjaśnienia pochodzenia życia. Być może jest to zatem jedno z cudownych zdarzeń, których nie da się wyjaśnić w sposób naukowy, a może uczeni wypracują w końcu satysfakcjonujące wyjaśnienie fenomenu życia. Nie jest to jednak zagadnienie dotykające bezpośrednio problematyki tego artykułu.
Jak zdefiniować informację?
Kolejnym uściśleniem, którego musimy dokonać, chcąc odpowiedzieć na postawione pytanie, jest zdefiniowanie pojęcia „informacji”. Określenie to wykorzystywane jest w kilku różnych kontekstach i niezrozumienie jego wieloznaczności często prowadzi do nieporozumień.
Istnieją precyzyjne, matematyczne definicje pojęcia informacji, sformułowane na potrzeby różnych obszarów nauki i technologii. Jedną z najbardziej znanych definicji jest ujęcie Claude’a Shannona, w którym informacja wykorzystywana jest do określenia najbardziej wydajnych sposobów przepływu danych w systemie komunikacyjnym. Koncepcja ta jest niezwykle ważna dla funkcjonowania Internetu, nie ma jednak wiele wspólnego z informacją zawartą w DNA.
Najbardziej powszechne użycie terminu „informacja” odnosi się do treści przekazywanej z wykorzystaniem pewnego symbolicznego kodu. Nasz codzienny język jest takim właśnie kodem, w którym za poszczególnymi słowami stoją pewne określone idee. Gdy słowa zostają zlepione w określony ciąg, stają się nośnikiem informacji. Tabela wyników w sportowej sekcji gazety stanowi symboliczną reprezentację minionych wydarzeń, niosąc informacje dotyczącą przeszłości. Przepis kucharski wykorzystuje słowa i inne symbole, aby przekazać informacje dotyczące przygotowania określonej potrawy. Kod komputerowy zawiera informację, która została zakodowana przez programistów.
Istotą tej definicji pojęcia „informacji” jest wykorzystanie określonych symboli (w językach mówionych lub językach programowania), niosących jakieś zewnętrzne znaczenie, które zostało im odgórnie przypisane. To właśnie owo „znaczenie” stanowi informację według tej definicji. Kwestionowanie możliwości powstania tego rodzaju informacji wyłącznie za sprawą naturalnych procesów jest uzasadnione. Nie jest to jednak rodzaj informacji, o którym mówimy w kontekście DNA.
Jest jeszcze jedno zastosowanie słowa „informacja” i to właśnie ono jest kluczowe przy próbie stwierdzenia, czy naturalne procesy mogą wytworzyć nową informację. W kontekście DNA, informacja oznacza konkretny, fizyczny stan biomolekuł, który determinuje funkcjonowanie organizmów żywych. Właśnie to mamy na myśli, gdy mówimy o informacji zawartej w DNA. DNA nie jest kodem opartym na symbolach tak jak język, nie jest również kodem komputerowym. Nie składa się z symboli, które niosą jakieś zewnętrzne znaczenie – litery A, T, G i C to symbole, których używamy wyłącznie do opisania struktury molekularnej. DNA samo w sobie nie składa się z liter! Jest raczej molekułą o charakterystycznym kształcie, która sprawuje określone funkcje. Jeśli zatem pytanie o możliwość powstania nowej informacji na drodze naturalnych procesów dotyczy właśnie tej definicji (łańcuchów molekuł, które są zdolne do wykształcenia nowych funkcji), wówczas odpowiedź musi być stanowcza i twierdząca.
Przykłady powstawania nowej informacji biologicznej
Jeśli przyjąć, że pod pojęciem informacji genetycznej kryje się fizyczna struktura biomolekuł, wówczas nietrudno zauważyć, że – poprzez rozmnażanie płciowe – nowa informacja powstaje z każdym pokoleniem. Wystarczy spojrzeć na różnicę między dziećmi a ich rodzicami – aby powstała owa różnica, niezbędna jest nowa informacja. Powstaje ona również za każdym razem, gdy w genomie pojawi się mutacja, która następnie zostanie przekazana organizmom potomnym. Niektóre z tych mutacji generują informację, która jest szkodliwa dla organizmu, ale w innych przypadkach takie przypadkowe zmiany mogą być neutralne lub nawet pozytywne. W takim wypadku, nowa informacja może korzystnie wpłynąć na przyszłość kolejnych pokoleń.
Aby zrozumieć, w jaki sposób mutacje mogą generować nową informację, należy przypomnieć sobie, że DNA ma strukturę podwójnej helisy, uformowanej w kształt spiralnej drabiny (zobacz rysunek poniżej): „brzegi” drabiny składają się z powtarzających się cząsteczek cukru i fosforanu, podczas gdy „szczeble” – z par molekuł zwanych zasadami. W DNA występują cztery rodzaje takich zasad: adenina (A) i tymina (T) zawsze łączą się ze sobą, drugi rodzaj pary tworzą z kolei guanina (G) i cytozyna (C). U eukariontów, DNA w formie podwójnej helisy zawija się następnie wokół białek zwanych histonami, tworząc nukleosomy. Owe jednostki kompresowane są jeszcze bardziej w zwartą strukturę zwaną chromatyną, dzięki czemu możliwe jest upakowanie kompletnej informacji genetycznej w mikroskopijnej strukturze jądra komórkowego (gdyby wyciągnąć łańcuch DNA z ludzkiej komórki i rozłożyć go, jego łączna długość sięgnęłaby dwóch metrów).
Jeśli przyjąć, że pod pojęciem informacji genetycznej kryje się fizyczna struktura biomolekuł, wówczas nietrudno zauważyć, że – poprzez rozmnażanie płciowe – nowa informacja powstaje z każdym pokoleniem. Wystarczy spojrzeć na różnicę między dziećmi a ich rodzicami – aby powstała owa różnica, niezbędna jest nowa informacja. Powstaje ona również za każdym razem, gdy w genomie pojawi się mutacja, która następnie zostanie przekazana organizmom potomnym. Niektóre z tych mutacji generują informację, która jest szkodliwa dla organizmu, ale w innych przypadkach takie przypadkowe zmiany mogą być neutralne lub nawet pozytywne. W takim wypadku, nowa informacja może korzystnie wpłynąć na przyszłość kolejnych pokoleń.
Aby zrozumieć, w jaki sposób mutacje mogą generować nową informację, należy przypomnieć sobie, że DNA ma strukturę podwójnej helisy, uformowanej w kształt spiralnej drabiny (zobacz rysunek poniżej): „brzegi” drabiny składają się z powtarzających się cząsteczek cukru i fosforanu, podczas gdy „szczeble” – z par molekuł zwanych zasadami. W DNA występują cztery rodzaje takich zasad: adenina (A) i tymina (T) zawsze łączą się ze sobą, drugi rodzaj pary tworzą z kolei guanina (G) i cytozyna (C). U eukariontów, DNA w formie podwójnej helisy zawija się następnie wokół białek zwanych histonami, tworząc nukleosomy. Owe jednostki kompresowane są jeszcze bardziej w zwartą strukturę zwaną chromatyną, dzięki czemu możliwe jest upakowanie kompletnej informacji genetycznej w mikroskopijnej strukturze jądra komórkowego (gdyby wyciągnąć łańcuch DNA z ludzkiej komórki i rozłożyć go, jego łączna długość sięgnęłaby dwóch metrów).
Białka odpowiadają za większość zadań w komórce, a ich rola jest ściśle powiązana z ich kształtem. Kształt ten jest uwarunkowany przez liniową sekwencję aminokwasów (istnieje 20 różnych aminokwasów). Grupa trzech zasad w łańcuchu DNA tworzy tak zwany kodon. Odpowiada on za syntezę i dołączenie odpowiedniego aminokwasu do formującego się białka. W ten sposób, sekwencja zasad wzdłuż pojedynczej nici DNA zawiaduje powstawaniem wszystkich białek w naszym organizmie (w rzeczywistości to oczywiście nieco bardziej skomplikowane – nie wszystkie części kodu DNA uczestniczą w syntezie białek).
Wyobraźmy sobie więc krótki fragment DNA złożony z dziewięciu nukleotydów podzielonych na trzy kodony:
ACT CCT GAG
Każdy kodon koduje konkretny aminokwas. ACT koduje treoninę, CCT – prolinę, a GAG – kwas glutaminowy. Gdyby okazało się jednak, że adenina (A) w kodonie GAG, w wyniku mutacji została zamieniona na tyminę (T), powstały w ten sposób kodon GTC kodowałby walinę zamiast kwasu glutaminowego. Ta prosta zmiana pociąga za sobą daleko idące konsekwencje, ponieważ ta część kodu DNA jest składową genu uczestniczącego w syntezie hemoglobiny, a ta konkretna mutacja powoduje chorobę zwaną anemią sierpowatą. Ten rodzaj mutacji określa się mianem punktowej (ponieważ wpływa wyłącznie na pojedynczą zasadę). Istnieje bardzo wiele przykładów mutacji tego rodzaju, które znacząco wpływają na informację zawartą w DNA – w ich wyniku pojawia się nowy efekt, który nie występował wcześniej. Osoby, u których przedstawiona powyżej mutacja zaszła wyłącznie w jednej kopii genu (od matki lub od ojca, ale nie w obu na raz) nie wykazują objawów choroby. Dodatkowo, mutacja częściowo chroni je przed malarią, co jest korzystne dla członków populacji zagrożonych tą chorobą. Powyższy przykład pokazuje, że nowa informacja (w formie nowej struktury biomolekuł) może powstać w wyniku dobrze zrozumianych naturalnych procesów.
Inne przykłady nowej informacji genetycznej
Mutacje mogą wystąpić również w sekwencjach regulatorowych genu, które decydują o tym, kiedy i gdzie „aktywowany” jest poszczególny gen (mówimy wówczas, że podlega on ekspresji). Mutacja w sekwencji regulatorowej może spowodować, że białko wytwarzane jest w nowym miejscu lub w innej ilości niż poprzednio. Subtelna zmiana w ekspresji genów może prowadzić do zauważalnych efektów. Dobrym przykładem takiego zjawiska są węże, które klasyfikuje się jako tetrapody (czworonożne kręgowce), mimo że nie posiadają one kończyn. Gen odpowiedzialny za syntezę białek niezbędnych do rozwoju kończyn wciąż jest obecny w gadzim DNA, jednak nie podlega on ekspresji. W konsekwencji, kończyny nie są wykształcane (mimo że w fazie embrionalnej pojawiają się ich zawiązki).
Kolejnym sposobem na wytworzenie nowej informacji genetycznej jest poziomy transfer genów (HGT), który polega na wymianie genów pomiędzy przedstawicielami odrębnych gatunków (co stoi w kontraście do tradycyjnego „pionowego” transferu genów – z rodziców na potomstwo w obrębie tego samego gatunku). Odgrywa on kluczową rolę szczególnie w ewolucji bakterii, które potrafią wymieniać się genami niczym kolekcjonerskimi kartami. To właśnie dzięki HGT uzyskują one cechy takie jak antybiotykoodporność.
Przykładem bardziej spektakularnych zmian w kodzie DNA jest sytuacja, w której geny, chromosomy lub nawet całe genomy ulegają duplikacji, nierzadko prowadząc do nowatorskich rezultatów. Dla przykładu, około 30 lat temu powstał w ten sposób nowy gatunek raka. W wyniku spółkowania dwóch osobników tego samego gatunku powstał rak, który posiadał trzy kopie każdego chromosomu (zamiast tradycyjnych dwóch). Dzięki tej mutacji, nowy gatunek raka mógł samodzielnie się klonować (rozmnażać się bezpłciowo). Przekonujące dowody wskazują, że pierwotne kręgowce również doświadczyły dwóch epizodów podobnej duplikacji całego genomu, czego efekty możemy zaobserwować u wszystkich obecnie żyjących kręgowców, w tym u ludzi.
Naukowcy scharakteryzowali wiele innych rodzajów modyfikacji, które mogą zajść w genomie organizmu. Każda z nich może być źródłem nowej informacji.
Podsumowanie
Gdy krytycy zarzucają ewolucji brak zdolności do tworzenia nowej informacji, zazwyczaj mają na myśli drugą definicję słowa „informacja” – tę, która opiera się na przypisywaniu przez ludzi (lub inne inteligentne byty) określonych znaczeń do symbolicznego kodu. W istocie, nie znamy obecnie naturalnego procesu, który mógłby wyjaśnić to zjawisko. W kontekście DNA mówimy jednak o innym rodzaju informacji. Mamy na myśli zadziwiający łańcuch biomolekuł, który może zmieniać się z każdym pokoleniem. W parze z każdą taką modyfikacją idzie nowa informacja, powodująca fizjologiczne zmiany. W większości przypadków zmiany te będą dla organizmu neutralne lub nawet szkodliwe, jednak, od czasu do czasu – szczególnie w wyniku długotrwałego nawarstwiania się zmian – powstają innowacje, które w konsekwencji mogą prowadzić do powstania nowego gatunku.
Ale czy nie jest to marnotrawstwo? Czy wszechpotężny Bóg nie stwarzałby w sposób bardziej wydajny i bezpośredni? Próba odgadnięcia boskich wyroków i nakazywanie Mu, jak powinien działać, jest niebezpiecznym pomysłem (zapytajcie Joba!). Tak czy inaczej, historia naturalna dostarcza nam jednoznacznego zapisu Bożego działania. Wnioski, do których dochodzimy, są spójne z narracją Jezusa zawartą w przypowieści o siewcy, w której tytułowy siewca obficie rozsypuje nasiona. Niektóre z nich w ogóle się nie zakorzeniają, inne czynią to błyskawicznie, ale niebawem obumierają z powodu skalistego podłoża, jeszcze inne zostają stłamszone przez ciernie. Niektórym udaje się jednak natrafić na żyzną glebę i wyrosnąć zgodnie z zamierzeniem siewcy (zobacz komentarz N.T. Wrighta łączący stworzenie z przypowieścią o siewcy). Podobną prawidłowość odnajdujemy, badając historię życia na Ziemi. Jeśli nie możemy się nadziwić, dlaczego stwórca pozwolił milionom gatunków wyginąć, powinniśmy zastanowić się również, dlaczego siewca zmarnował tak wiele ziarna. Być może wydajność wcale nie była nadrzędnym celem. Możemy jedynie wielbić Boga za to, że, dzięki stworzonym prawom przyrody, zrodził świat pełen biologicznej rozrzutności.
© BioLogos Foundation | Rysunek DNA: OpenStax. CC BY 4.0. | Wersja artykułu: 19 stycznia 2019
Wyobraźmy sobie więc krótki fragment DNA złożony z dziewięciu nukleotydów podzielonych na trzy kodony:
ACT CCT GAG
Każdy kodon koduje konkretny aminokwas. ACT koduje treoninę, CCT – prolinę, a GAG – kwas glutaminowy. Gdyby okazało się jednak, że adenina (A) w kodonie GAG, w wyniku mutacji została zamieniona na tyminę (T), powstały w ten sposób kodon GTC kodowałby walinę zamiast kwasu glutaminowego. Ta prosta zmiana pociąga za sobą daleko idące konsekwencje, ponieważ ta część kodu DNA jest składową genu uczestniczącego w syntezie hemoglobiny, a ta konkretna mutacja powoduje chorobę zwaną anemią sierpowatą. Ten rodzaj mutacji określa się mianem punktowej (ponieważ wpływa wyłącznie na pojedynczą zasadę). Istnieje bardzo wiele przykładów mutacji tego rodzaju, które znacząco wpływają na informację zawartą w DNA – w ich wyniku pojawia się nowy efekt, który nie występował wcześniej. Osoby, u których przedstawiona powyżej mutacja zaszła wyłącznie w jednej kopii genu (od matki lub od ojca, ale nie w obu na raz) nie wykazują objawów choroby. Dodatkowo, mutacja częściowo chroni je przed malarią, co jest korzystne dla członków populacji zagrożonych tą chorobą. Powyższy przykład pokazuje, że nowa informacja (w formie nowej struktury biomolekuł) może powstać w wyniku dobrze zrozumianych naturalnych procesów.
Inne przykłady nowej informacji genetycznej
Mutacje mogą wystąpić również w sekwencjach regulatorowych genu, które decydują o tym, kiedy i gdzie „aktywowany” jest poszczególny gen (mówimy wówczas, że podlega on ekspresji). Mutacja w sekwencji regulatorowej może spowodować, że białko wytwarzane jest w nowym miejscu lub w innej ilości niż poprzednio. Subtelna zmiana w ekspresji genów może prowadzić do zauważalnych efektów. Dobrym przykładem takiego zjawiska są węże, które klasyfikuje się jako tetrapody (czworonożne kręgowce), mimo że nie posiadają one kończyn. Gen odpowiedzialny za syntezę białek niezbędnych do rozwoju kończyn wciąż jest obecny w gadzim DNA, jednak nie podlega on ekspresji. W konsekwencji, kończyny nie są wykształcane (mimo że w fazie embrionalnej pojawiają się ich zawiązki).
Kolejnym sposobem na wytworzenie nowej informacji genetycznej jest poziomy transfer genów (HGT), który polega na wymianie genów pomiędzy przedstawicielami odrębnych gatunków (co stoi w kontraście do tradycyjnego „pionowego” transferu genów – z rodziców na potomstwo w obrębie tego samego gatunku). Odgrywa on kluczową rolę szczególnie w ewolucji bakterii, które potrafią wymieniać się genami niczym kolekcjonerskimi kartami. To właśnie dzięki HGT uzyskują one cechy takie jak antybiotykoodporność.
Przykładem bardziej spektakularnych zmian w kodzie DNA jest sytuacja, w której geny, chromosomy lub nawet całe genomy ulegają duplikacji, nierzadko prowadząc do nowatorskich rezultatów. Dla przykładu, około 30 lat temu powstał w ten sposób nowy gatunek raka. W wyniku spółkowania dwóch osobników tego samego gatunku powstał rak, który posiadał trzy kopie każdego chromosomu (zamiast tradycyjnych dwóch). Dzięki tej mutacji, nowy gatunek raka mógł samodzielnie się klonować (rozmnażać się bezpłciowo). Przekonujące dowody wskazują, że pierwotne kręgowce również doświadczyły dwóch epizodów podobnej duplikacji całego genomu, czego efekty możemy zaobserwować u wszystkich obecnie żyjących kręgowców, w tym u ludzi.
Naukowcy scharakteryzowali wiele innych rodzajów modyfikacji, które mogą zajść w genomie organizmu. Każda z nich może być źródłem nowej informacji.
Podsumowanie
Gdy krytycy zarzucają ewolucji brak zdolności do tworzenia nowej informacji, zazwyczaj mają na myśli drugą definicję słowa „informacja” – tę, która opiera się na przypisywaniu przez ludzi (lub inne inteligentne byty) określonych znaczeń do symbolicznego kodu. W istocie, nie znamy obecnie naturalnego procesu, który mógłby wyjaśnić to zjawisko. W kontekście DNA mówimy jednak o innym rodzaju informacji. Mamy na myśli zadziwiający łańcuch biomolekuł, który może zmieniać się z każdym pokoleniem. W parze z każdą taką modyfikacją idzie nowa informacja, powodująca fizjologiczne zmiany. W większości przypadków zmiany te będą dla organizmu neutralne lub nawet szkodliwe, jednak, od czasu do czasu – szczególnie w wyniku długotrwałego nawarstwiania się zmian – powstają innowacje, które w konsekwencji mogą prowadzić do powstania nowego gatunku.
Ale czy nie jest to marnotrawstwo? Czy wszechpotężny Bóg nie stwarzałby w sposób bardziej wydajny i bezpośredni? Próba odgadnięcia boskich wyroków i nakazywanie Mu, jak powinien działać, jest niebezpiecznym pomysłem (zapytajcie Joba!). Tak czy inaczej, historia naturalna dostarcza nam jednoznacznego zapisu Bożego działania. Wnioski, do których dochodzimy, są spójne z narracją Jezusa zawartą w przypowieści o siewcy, w której tytułowy siewca obficie rozsypuje nasiona. Niektóre z nich w ogóle się nie zakorzeniają, inne czynią to błyskawicznie, ale niebawem obumierają z powodu skalistego podłoża, jeszcze inne zostają stłamszone przez ciernie. Niektórym udaje się jednak natrafić na żyzną glebę i wyrosnąć zgodnie z zamierzeniem siewcy (zobacz komentarz N.T. Wrighta łączący stworzenie z przypowieścią o siewcy). Podobną prawidłowość odnajdujemy, badając historię życia na Ziemi. Jeśli nie możemy się nadziwić, dlaczego stwórca pozwolił milionom gatunków wyginąć, powinniśmy zastanowić się również, dlaczego siewca zmarnował tak wiele ziarna. Być może wydajność wcale nie była nadrzędnym celem. Możemy jedynie wielbić Boga za to, że, dzięki stworzonym prawom przyrody, zrodził świat pełen biologicznej rozrzutności.
© BioLogos Foundation | Rysunek DNA: OpenStax. CC BY 4.0. | Wersja artykułu: 19 stycznia 2019