Menneskelig ingeniørkunst og biologi

En tredje skiftende antagelse angår forbindelsen mellom menneskelig ingeniørfag og biologiske design (Miller 2021C). Evolusjonsteori spår at biologi bare marginalt skal ligne menneskelig teknikk, i beste fall. Den underliggende logikk dikterer at komponentene i komplekse biologiske strukturer og trekk er samlet tilfeldig, uten fordel av framsyn eller målretting av en intelligent agent. Enheter (f.eks. proteiner) som tjente en formål knyttet til andre enheter serendipitøst for å oppnå et annet kollektivt utfall (f.eks. ATP -syntase -lading ADP). Det laveste nivået, brikker i bunnen av det organisatoriske hierarkiet oppsto først, så sluttproduktet representerer et 'bottom-up' design.

I virkeligheten krever enhver vellykket utforming av bottom-up fortsatt å designe komponenter og å kobler dem rett sammen, men jeg vil overse dette ulempen for evolusjonsteori, for diskusjonens skyld. Slike sammensatte systemer skal ligne Rube Goldberg -maskiner (Figur 7.1). Rube Goldberg var en amerikansk oppfinner og tegneserieskaper som tegnet kontraster som utførte en enkel oppgave, gjennom en serie vanskelig sammenkoblede ikke -relaterte enheter. Handlingen til en enhet ville utløse neste, som ville utløse det neste og så videre, for å oppnå et mål, ikke direkte koblet til noen av de individuelle komponentene. Hele mekanismen var komisk ineffektiv og tungvint.

Bilde 1. 'Selvtørkende' serviett-om 'tilfeldig' blitt til..

Evolusjonisten Jerry Coyne har gjentatte ganger lagt vekt på hvordan livet skal vises. I et bottom-up lignende design (Coyne 2019): er faktisk den ensartede opplevelsen av forskere som jobber med disse systemene, i det de legemliggjør en absurd, Rube Goldberg-lignende kompleksitet, som ikke gir mening som en ingeniørs håndverk, men gir perfekt mening som et produkt av en lang og ikke-styrt historisk prosess. (N.P.)
Hans innsikt i hva evolusjonen skal produsere er helt riktig. Men det gjenstår ham ennå å identifisere et enkelt eksempel på Rube Goldberg-lignende kompleksitet i livet, fordi ingen eksisterer. I direkte motstrid mot Coyne anerkjenner systembiologer nå faktum: At biologien demonstrerer en top-down design, der et overordnet mål og tilsvarende designbegrensninger dikterer prosjektering av en kompleks egenskap.

Hver komponent i en struktur eller system, integreres perfekt med andre medlemmer for å oppnå et forhånds-bestemt mål med forbløffende effektivitet. Dermed, ligner ikke livet, maskiner av Rube Goldberg-typen, men menneskelig ingeniørfag. Denne sterke kontrasten mellom evolusjonære forventninger, og den faktiske organisasjonen av livet har skapt spenning i det biologiske samfunnet.
Forfatterne av SMCB kommenterte (Szallasi, Stelling & Periwal 2007): En ofte bemerket reservasjon mot typen analogier mellom biologisk og konstruerte systemer vi fremførte, sier at disse to typene komplekse systemer oppstår på grunnleggende forskjellige måter, nemlig gjennom evolusjon kontra Purpose-Driven, Top-Down Design (se f.eks. Bosl & Li 2005). (s. 32)

Bilde 2. Ingen naturlig årsak til alt

Biologi ligner ikke bare menneskelig ingeniørfag, men den inneholder de samme designrammer. Szallasi, Stelling og Periwal (2007) forklarer: På et mer abstrakt nivå ser vi høyt organiserte og strukturerte nettverk, som lette globale og koordinerte svar på variasjoner i miljøet på alle tidsskalaer, ved bruk av lokale og desentraliserte mekanismer .. det grunnleggende rammeverket er ansatt i mange avanserte teknologiske systemer .. klart fra en ingeniørfag synspunkt, biologi er et vidunder av teknologisk 'design'. Vi argumenterer for at analogier med konstruerte systemer, spesielt om hvordan du kan generere passende svar på variasjoner, er ett hovedkrav på alle høyt integrerte systemer Det kan hjelpe oss å forstå biologisk kompleksitet. (s. 26-27).

Forfatterne hevder videre at designmotiver som brukes i livet er kjent for å representere de mest effektive strategiene for å oppnå mål (Szallasi, Stelling & Periwal 2007):
Fra ingeniørfag er det kjent at tilbakemeldingskontroll (pluss fremadgående kontroll) aktivert av FAST, og om mulig fjernkontrollsensing er den mest kraftige mekanisme for å gi robusthet til svingninger i miljøet og komponentdelene. Varmesjokkresponsen i E. coli ser ut til å bruke nøyaktig de samme prinsippene som vist ved detaljert modellering og påfølgende modell-reduksjon til kjerneelementene (El-Samad et al. 2005). (s. 39)

Bilde 3. Design tar høyde for plan og hensikt

Like slående, identifiserer Gregory Reeves og Curtis Hrischuk en celle som et innebygd datasystem (Reeves & Hrischuk 2016), idet menneskelige og biologiske datasystemer deler mange komponenter. Eksempler inkluderer behandlingsmotor, informasjonskode, primærminne, sekundært minne, minneadressering, minneoppsett på lavt nivå, minnestyring, cache, timer, tilfeldig tilgang til vedvarende lagring, dataformatering på høyt nivå og Listen fortsetter. Disse komponentene deler også mange av de samme funksjonelle linnbyrdes forhold. Datamaskiningeniører vil bevitne at slike systemer kun bare kan fungere hvis alle essensielle elementer eksisterer og er riktig koblet sammen.

De mest filosofisk skarpe materialistiske forskerne anerkjenner faren å sammenligne biologi med ingeniørfag for tett. Ikke bare gjør ingeniørfag legemliggjøre ID, men ingeniører har utviklet en dyp intuisjon av hva trinnvise prosesser kan og ikke kan oppnå. Og de erkjenner at designet mønstre gjennomgripende i livet, umulig kunne ha dukket opp gjennom noen gradvis, ikke-styrt prosess.

Bilde 4. Feedback-systemer krever intelligens

Som svar, har biologer som er gift med vitenskapelig materialisme, hevdet at livet er så forskjellig fra menneskelige gjenstander at de kan diskreditere ingeniørers konklusjoner om organismenes begrensede evolvabilitet. En sentral feilslutning i dette argumentet, er at de undervurderer de grunnleggende likhetene. Designmotiver som fire-trinns koblinger og kontrollsystemer, må oppfylle krevende oppfyllelse, om det er implementert i en romferge eller en fisk. Mange av disse krav fungerer stort sett uavhengig av bestanddelene, som komponerer dem, eller de nøyaktige metodene, de bruker i driften.

Dessuten innebærer den særegne naturen til levende systemer mange ekstra krav, og til og med strengere begrensninger. For eksempel må virveldyrøyet samsvare med mange av de samme eller sammenlignbare kravene, som er sett i digital kameraer (Keum et al. 2018). Og konstruksjonen krever en meget koordinert Produksjonsprosess i embryologi, regissert av en nøye konstruert genetisk kontrollsystem (Ogino et al. 2012). Ikke bare må et biologisk element funksjon være skikkelig, men en organisme må også produsere, vedlikeholde og bruke den. Disse tilleggskravene oversettes til uoverkommelige barrierer for ethvert evolusjonsscenario (Miller 2017a, 2017b).

Bilde 5. Gjenbruk av begreper

I tillegg er de grunnleggende forskjellene mellom menneskelig og biologisk iongeniørkunst, gjenspeiler sistnevnte overlegenhet. For eksempel detaljerte et internasjonalt team av biologer og kjemikere, den ekstraordinære oppfinnsomheten tilknyttet materialene som organismer produserer (Frølich et al. 2017). Og nanoteknologiingeniør Michael Simpson og teamet hans identifiserte hvordan cellenes kompleksitet og evner langt overskrider menneskelig teknologi (Simpson et al. 2004):

De genetiske og biokjemiske prosessene som genererer det komplekse og allsidige oppførsel av celler fungerer som svært funksjonelle, tettpakkede, informasjonsbehandlings-systemer. .. I hjertet av denne funksjonaliteten er kompleks genetisk regulatoriske kretsløp og nettverk, som behandler informasjon på en måte som ligner på konstruerte kretsløp og systemer, men med tetthet, kompleksitet og evner som langt overstiger de som finnes i menneskeskapte systemer. .. Det er klart, silisiumteknologi vil ikke nærme seg bakterieskala integrasjon i overskuelig fremtid. (s. 848-849)

Ingeniørmodeller for biologisk design
Debatten om design i livet kommer raskt til en slutt på et praktisk nivå. Evolusjonister har lenge uttalt at nøkkelforskjellen i spådommer mellom evolusjonære og designbaserte modeller, er i hvilken grad biologisk systemer demonstrerer suboptimal (eller ikke-funksjonell) bottom-up design, som ligner Rube-Goldberg maskiner, versus ligner menneskelig ingeniørfag. Den siste forskningen har kontinuerlig bekreftet de designbaserte spådommene.

Bilde 6. Hierarkisk oppbygd, for optimalisert signal-prosessering

De påståtte eksemplene på dårlig design i biologi har konsekvent blitt motbevist -lenke. Antatt 'søppel -DNA' blir stadig mer anerkjent til å betjene funksjoner, som å regulere gener, lokalisering av proteiner og støtte placental utvikling (Chuong 2018; McGrath 2021; Quinodoz et al. 2021). Biologer erkjenner i økende grad at de trenger å anta at livet er designet, for å forstå det ordentlig. Biologiske systemer er nå anerkjent for å innlemme de mest avanserte og effektive designmønstrene som er sett i menneskelig ingeniørfag.
Før du fortsetter, må to viktige advarsler nevnes. For det første, I motsetning til menneskelig ingeniørfag, er biologisk design dynamisk. En organismes designplan endres gjennom hele livssyklusen. I løpet av utviklingen fra et embryo tiI voksen alder, vises forskjellige organer og systemer, endringer og forsvinninger, til å opprettholde og lede hvert utviklingsstadium til det neste, og mange funksjoner er unike for spesifikke taxaer (Ballard 1976; Kalinka & Tomancak 2012). Selv etter fødselen tilpasser anatomi og fysiologi seg stadig til å optimalisere ytelsen til slike aktiviteter som å spise. For eksempel justerer fisk stadig av hodeskallstrukturen under vekst fra en ung til en voksen, for å maksimere evnen til å innta mat og respirere (Von Herbing et al. 1996).

Bilde 7. Fabrikkdesigner-argumentet benyttet om celle

For det andre representerer livet kreasjoner langt mer avanserte enn våre egne. Følgelig kan forskere aldri komme i nærheten av å ta tak i noen av underliggende designkonsepter. Likevel de aspektene av livet som potensielt kan forstås, vil vise langt nærmere samsvar med ingeniørfaglige prinsipper, enn med hva noen ikke-styrt prosess kan generere.
Til tross for de beskrevne skiftene i biologisk forskning, er filosofisk motstand mot åpent å erkjenner det faktum at livet er designet, vil sannsynligvis fortsette i flere tiår. For å hjelpe til med å akselerere biologisk forskning og avbøte materialistiske forutsetninger fra å forsinke vitenskapelig fremgang, har talsmenn for ID satt i gang forskningsprosjekter for å demonstrere forklarende og predikativ kraft av designbaserte, biologiske modeller. De utviklende modellene er basert på prinsipper og mønstre som er sentrale for menneskelig ingeniørfag, så de vil bli referert til som ingeniørmodeller.

Ett sett med prosjekter adresserer biologisk variasjon og tilpasning. Evolusjonsmodeller forutsier at den totale variasjonen i en art i løpet av den og forfedresnes funksjonstid på jorden, skal omfatte alle fasetter av designplan fra mindre detaljer om ikke -essensielle vedheng til det underliggende designets logikk. Slik ubegrenset variasjon er nødvendig for å forklare en arts påståtte historie, med å utvikle seg fra noe helt annet. Evolusjonsmodeller forutsier også at tilpasning er drevet av miljøet eksternt. I motsetning, spår designbaserte modeller at variasjon alltid er begrenset, og tilpasning i stor grad er drevet av interne mekanismer.

Bilde 8. Hensikt med maskering?

En organisme på et gitt punkt i livssyklusen er organisert i henhold til en spesifikk designlogikk eller arkitektur eller kroppsplan, som er basert på ingeniørfaglige prinsipper og motiver. Designplanen inkluderer sentrale funksjoner som er konstante og uforanderlige (f.eks. den grunnleggende arkitekturen til en voksen fruktflue), og det inkluderer parametere som kan variere. De justerbare parametrene er definert av designlogikken og etablert under konstruksjon, og de korresponderer til variabler (f.eks. insektvingelengde og bredde) hvis verdier er tett avgrenset. Variasjonen tillater finjustering av strukturer og systemer til beste funksjon under de umiddelbare miljøforholdene.

I motsetning til evolusjonsmodeller, spiller miljømessige tilstander en minimal rolle i å sette det ekstreme området for overlevbare forhold. Hvorvidt organismen kan overleve i et gitt miljø, bestemmes til slutt av organismens forhåndsinnstilte operasjonelle parametere. For eksempel vil mangel på tilgjengelig mat kreve at muskler opprettholdes i redusert størrelse, men muskler kan bare krympe med så mye, før en funksjonell toleranse overskrides. Etter det punktet kunne et dyr ikke lenger bevege seg raskt nok til å fange mat eller flykte fra rovdyr. Det ville da snart gå til grunne. Variasjonen i verdier bestemmes delvis av de interne kapasitetene til et individ for å endre variabler. For eksempel kan et dyr som ble tvunget til å legge høyt stress på lemmene, ofte øke styrken til bein gjennom interne adaptive mekanismer. Variasjon omfatter også det genetiske mangfoldet i befolkningen, enten det er opprinnelig, eller utvides gjennom tilfeldige mutasjoner eller gjennom NGE.

Bilde 9. Gjenbruk av DNA for samme proteiner

De empiriske dataene bekrefter konsekvent ingeniørmodeller. Den observerte variasjon i enhver art, er begrenset til et begrenset sett med variabler som en finks nebb-tykkelse. Det er ikke identifisert noen genetisk variasjon, som vil tillate den grunnleggende designlogikken og operasjonelle parametere å endre seg. Den gjennomsnittlige tykkelsen på nebber kan øke eller avta, men slike endringer forblir alltid innenfor et fast område. Og mer grunnleggende forblir nebb alltid nebb. Ingen bevis er identifisert for at noen egenskaper har begynt å forvandle seg til noe grunnleggende annerledes. Og ingen ikke-skadelig mutasjon har noen gang blitt observert, som ville utvide den genetiske variasjonen til å tillate en slik endring å skje i fremtiden.

Sporingsmodell for tilpasning

En ingeniørmodell for tilpasning forutsetter at organismer tilpasser seg miljøet ved bruk av de samme ingeniørprinsippene som er sett i menneskelig sporings systemer (Miller 2021d, 2021e, 2021f). Mer spesifikt, overvåker de kontinuerlig miljøet og sporer forhåndsbestemte miljøforhold. Når de riktige forholdene oppstår, induserer interne mekanismer forhåndsbestemt svar som målrettede genetiske endringer, fysiologiske justeringer og eller anatomiske endringer.

Bilde 10. Mangel på konsistent logikk

Disse adaptive prosessene er regissert av ikke-reduserbare komplekse systemer, som konsekvent inkluderer tre komponenter:
1. Sensorer for å oppdage forhåndsspesifiserte miljøforhold som for eksempel temperatur.
2. Logikkbaserte analysatorer som avgjør om spesifikke kriterier er oppfylt slik som temperaturen, som overstiger et angitt punkt. Når kriterier er oppfylt, sender analysatorer signaler for å utløse passende svar.
3. Effektorsystemer og prosesser som genererer forhåndsbestemt utgangssvar, for eksempel å dyrke tynnere hår.
De resulterende endringene er målrettet, raske og ofte reversible. De er også forutsigbar og repeterbare. Og størrelsen deres kan variere fra mindre endringer til dramatiske trans-formasjoner, men i alle kjente tilfeller er disse endringene avgrenset og forhåndsdefinert. Kompleksiteten og spesifisitetskravene til sporingssystemer utelukker enhver mulighet, for at de har oppstått gjennom en ikke-styrt, inkrementell prosess.

I løpet av de siste tiårene har hver fasit av sporingsmodellen blitt stadig mer bekreftet. Det sterkeste støttende beviset kommer fra studier av det som er blitt betegnet som NGE og fenotypisk plastisitet. Den ledende figuren i NGE Research har vært University of Chicago -genetikeren James Shapiro. Bemerkelsesverdige forskere innen fenotypisk plastisitet er utviklingsbiolog RALF Sommer (2020), utvidet-syntese talsmann Sonia Sultan (Herman & Sultan 2016) og evolusjonsbiolog David Pfennig (2021). Og ledelsens talsmann for sporingsmodeller for tilpasning i kristne kretser, har vært Randy Guliuzza som har dokumentert iverksetting av sporingssystemer i forskjellige arter (Guliuzza & Gaskill 2018).

Naturlig genteknologi
Naturlig genteknologi refererer til genetiske endringer som ikke er tilfeldige. I stedet skyldes de celler som bruker svært komplekse maskiner for å dirigere målrettede DNA -modifikasjoner. Shapiro oppsummerer prosessene i 2016 gjennomgangsartikkel (Shapiro 2016):
Kombinatorisk koding, pluss de biokjemiske evnene celler har for å omorganisere DNA. Molekyler utgjør en kraftig verktøykasse for adaptiv genomskriving. Det er, celler har 'lese-skriv genomer' de endrer av en rekke biokjemiske prosesser i stand til å raskt å omstrukturere cellulære DNA -molekyler. Heller enn å se genomutvikling som en serie tilfeldige modifikasjoner, kan vi nå studere det som en kompleks biologisk prosess, med aktiv selvmodifisering. (s. 1)
Han utdyper videre redigeringssystemene i en gjennomgangsartikkel fra 2017 (Shapiro 2017): Som i alle klasser av cellulær biokjemi, er NGE DNA -transport og omstillings-funksjoner gjenstand for kontroll av reguleringskretser og reagerer på endring av forhold .. NGE aktiviteter påvirker vanligvis flere tegn i varianten celle og organisme. Følgelig kan store fenotypiske transformasjoner forekomme i en enkelt evolusjonær episode, og er ikke begrenset til en gradvis akkumulering av 'tallrike, påfølgende, små modifikasjoner.' (s. 2)

Bilde 11. Hva er mulig å få til ved tilfeldige mekanismer?

Man kunne bestride Shapiros påstander om hva NGE oppnådde tidligere, Men hans generelle beskrivelse samsvarer tydelig med ingeniørmodellens sentrale egenskaper. Reguleringskretsene som reagerer på miljøforhold, samsvarer med sensorer integrert med logiske mekanismer. Og transporten og omstruktureringsfunksjoner tilsvarer spesifiserte utgangssvar. I I tillegg er DNA -modifikasjonene målrettede, raske og avgrensede, som ingeniørmodeller forventer.

Naturlig genteknologi er identifisert i alle livsdomener for livet, fra den enkleste til den mest komplekse. Gjærceller reagerer på næringssulting Ved å øke mutasjonshastigheten på bestemte steder, referert til som mutasjons hot spots (Jacka et al. 2015). Og det bemerkelsesverdige mangfoldet i hunderaser, er ikke et resultat av helt tilfeldige mutasjoner. Snarere er det i stor grad resultat av mutasjons-hotspots som muliggjør økning i målrettet genetisk variasjon, som kan drive rask tilpasning. Biofysikere John Fondon og Harold Garner (2004) bemerket: De høye frekvensene og trinnvise effektene av mutasjoner med gjentatt lengde, gir molekylære forklaringer på raske, men likevel topologisk konservative morfologisk evolusjon .. vi antar at genassosierte tandem repetisjoner, funksjoner som tilretteleggere for evolusjon, gir rikelig, robust variasjon og dermed muliggjør ekstremt rask utvikling av nye former. (s. 18058)

Uttrykket 'topologisk konservativ' betyr at endringene er tett avgrenset, akkurat som forutsagt av ingeniørmodeller. Like slående inneholder genomene til forskjellige organismer DNA -segmenter kjent som Transponerbare Elementer (TE-er) som kan flytte til nye steder, slik at de kan endre aktiviteten til lokale gener. Spesifikke miljøstimuli kan sette i gang flytting til målsteder (Bucher, Reinders & Mirouze 2012; Dietrich et al. 2002), og stimuli kan aktivere TES, noe som resulterer i adaptive fordeler. For eksempel endrer TES genregulering i mais for å gi tørketoleranse, endre blomstringstid og gjøre det mulig for planter å vokse i giftig aluminiumsjord (Filmer 2017; Makarevitch et al. 2015).
Etterforskernes filosofiske skjevhet har ført dem til å beskrive TE-er ved å bruke begreper slik som egoistiske, parasittiske eller 'invasive genetiske elementer' (Wells & Feschotte 2020). Disse skildringene står i kontrast til i hvilken grad de ofte er regulert (Capy et al. 2000) og målrettet (Sultana et al. 2017) og med fordelene de kan gi, til å være vert for organismer. Slike observasjoner tvinger bruk av stadig mer designbasert språk. Miller Enguita & Leitäo (2021)

Bilde 12. Kode-språk

I en fersk gjennomgangsartikkel om TES og andre NGE -prosesser kommentert: Biologisk variasjon er et produkt av kollektiv differensialvurdering av tvetydige miljømessige signaler ved nettverk av intelligente celler. Slike samordnede handlinger er aktivert av ikke-tilfeldig, naturlig genomisk redigering, som svar på epigenetiske påvirkninger og miljøspenninger. Tilfeldig genetisk aktivitet kan være enten begrenset eller distribuert, som en "utnyttelse av stokastisitet." Derfor er gener cellulære verktøy. (s. 1)
Uttrykket 'utnyttelse av stokastisitet' refererer til celler som initierer mutasjoner eller andre semi-tilfeldige genetiske endringer i spesifikke DNA-regioner, for å lage målrettet genetisk variasjon. Denne økningen i mangfoldet gjør at en befolkning kan finjustere spesifikke egenskaper, som skal opptre best mulig, i forskjellige miljøforhold.