En mekanistisk vitenskap for det 21. århundre
Evolution news; 8. november 2015

Bilde 1: Fra mobilens arbeidshest: Kinesin.

Oversatt herfra.

På Francis Bacons tid var det enkelt å overforenkle naturen. Elisabethanske forskere begynte å tenke på en verden som forløp ut som en maskin. Robert Boyle var en sterk talsmann for den mekanistiske filosofien. Snart forsterket Isaac Newtons klokkeverks- himmel forestillingen om at alt Skaperen måtte gjøre, var å trekke den opp og la den svirre helt for seg selv. Fra Boyle til Babbage viste den newtonske revolusjonen veien for vitenskapelig fremgang: bare avdekke de naturlige lover som holder universet i gang.

Ved slutten av det 18. århundre og til viktorianske tider var mekanisk filosofi tilstrekkelig for seg selv. En original Designer kunne kanskje bli tenkt på, men ettersom vitenskapen utviklet seg, hadde den opprinnelige Beveger mindre og mindre å gjøre. Noen hevdet at det var en fornærmelse mot klokkemakeren å foreslå at han trengte å gripe inn og fikse klokken.
Da kom molekylærbiologi, og vi fant ut at klokkene er ekte. Bokstavelige maskiner laget av molekyler holder livet i gang. Samtidig begynte datatiden å gry og vi lærte litt om programmering. Nå er robotene her. Vi kommer til å trenge en ny filosofi: en som kan håndtere realiteter som elisabethanere og viktorianere aldri kunne ha forestilt seg.
Det er viktig å merke seg at vi ikke snakker om mekanistisk eller reduktivistisk filosofi. Se Jay Richards avklaring -her. Vi søker en forklaring på hvordan naturlig maskineri kan fungere uten kontinuerlig intervensjon.

Ekte klokker
Paley's "klokke på heden -her "var bare en analogi i 1805. Nå kan vi se ekte biologiske klokker med fantastisk design og presisjon i livets celler. Current Biology -her snakker om "uventede biokjemiske tannhjul" i et cyanobakterium, og velger fritt å bruke ordet "klokke" og "oscillator", "regulator" og "svitsj." Sykliske klokker drives etter en mye langsommere tidsplan enn de fleste cellulære reaksjoner. Den er kalibrert til en 24-timers dag-natt syklus, og passer konstant tiden selv når temperaturen endres. Det hadde vært forbausende for Paley eller Bacon å lære at en tre-protein-oscillerende maskin er funnet i en så liten organisme. I høyere virveldyr er biologiske klokker enda mer forseggjort.

Ekte motorer
Er dette den lille motoren som kunne? Penn State News -her finner at "små motorer" av kinesin ( se animasjonen ) kan gjøre mer enn forventet på sine mikrotubule spor. Disse små gangrobotene, en ti tusendel av diameteren av et menneskehår, ikke bare går på sporene, men hjelper dem til å vokse. Når kinesin-5 venter i enden av en mikrotubule, genererer den " push krefter" , som skyver mikrotubulen fra hverandre og gir i det vesentlige motoren mulighet til å la mikrotubulen vokse . "[Fokus lagt til.]
Ekte solpaneler, kvalitetskontroll og resirkulering
Salk-instituttet kaller kloroplaster "solcellepaneler" og avslører hvordan cellen overvåker dem med en "kvalitetskontrollkontroll" som kan "resirkulere" delene av skadede kloroplaster. Legg merke til det mekaniske ordet: de avdekket "hvordan planter trives med å benytte en naturlig mekanisme for å resirkulere kloroplaster."

Virkelig stress administrering

En annen "grunnleggende biologisk mekanisme " er beskrevet av bio-vitenskapsfolk ved Heidelberg Universitet -her. I et vanlig laboratorium fant de at proteiner er "ytterligere tilpasset" etter at de er produsert "for sine spesifikke jobber ." I ett tilfelle studerte de kjemiske koder, som regulerer stressresponsen mot tørke ved å lukke stomata og forlenge primærroten.

Virkelig koordinert timing og montering
Forskere ved Virginia Tech fant at under utvikling er "timing faktisk alt." De bruker musikk som en analogi:
Alle som har spilt i et band eller orkester vet at det å spille i rett tid skaper musikk , mens det å spille urytmisk/utidig, skaper kakofonier. I et orkester kan hver spiller være ute av harmoni når de varmer opp, men til slutt må alle spillere nå samme tonehøyde, rytme og timing for å produsere en levedyktig musikk.
De fant noe lignende i delende celler. På samme måte som levende musikere kan kompensere for andre spilleres endringer i tempo, "modulerer celler nøyaktig tidspunktet for når viktige mobilitetshendelser skjer, saktner eller speeder opp, alt for å sikre at alt spiller riktig stykke på rett tidspunkt ." De var "forbauset over å se hvor mye startforholdene for hver celle kunne variere og fortsatt føre til det samme resultatet , sier artikkelen.
Er det bare en analogi å kalle et ribosom en "proteinfremstillingsfabrik"? Spør forskerne på Rockefeller Universitet , som synes "fabrikk" er en passende beskrivelse:
Ribosomer, de molekylære fabrikkene som produserer alle proteinene som en celle trenger å vokse og fungere, består i seg selv av mange forskjellige proteiner og fire RNA. Og akkurat som et samleband må bygges før en kan produsere biler, må disse små fabrikkene bygges før de kan sette sammen proteiner.

Bilde 4. DNA i histon-innpakning

Ekte mobile fabrikker
Rockefeller er ikke alene i å bruke ordet fabrikken - bare at den de fant, unndro seg oppdagelse inntil nå. "Salk Scientists oppdager Protein fabrikker gjemt i menneskelige hoppende gener", sier en nyhetsmelding fra Salk Institute . Forskere fant en tredje Open Reading Frame (ORF0) i visse hoppende gener (transposoner) kjent som LINE-1-elementer.
"Hoppende gener med ORF0 er i utgangspunktet proteinfabrikker med hjul ," sa de. Det faktum at de anser "evolusjon" for å være føreren av bussen, negerer ikke det faktum at de er ekte maskiner som må fungere ordentlig, ellers kan det føre til sykdom. Og det er 3.500 av disse "fabrikkene med hjul" i det menneskelige genom. {transposoner resulterer ofte i duplisering av opprinnelig genetisk materiale -se her}

Virkelige reparasjons stasjoner

Kjernemembranen fikk ny respekt fra forskere ved Universitetet i Sør-California da de fant ut at det er mye mer enn "bare en beskyttende boble" rundt kjerne-materialet. Et team hos USC har dokumentert "hvor brutte tråder av en del DNA som er kjent som heterochromatin, dras til kjernemembranet for reparasjon." Ved den indre veggen av den nukleare membranen "reparerer en trio av proteiner bruddet i et trygt miljø , hvor det ikke ved et uhell kan mikses med gale kromosomer. "(Oppdagelsen ble gjort i bananfluer.)
Når det gjelder heterochromatin, er denne "mystiske delen av genomet" sammensatt av repeterende elementer forfremmet fra "junk DNA" til superhelter (legg merke til ordet "mekanisme"):
årsaken til at vi ikke opplever tusenvis av kreftformer hver dag i kroppen vår, er fordi vi har utrolig effektive molekylære mekanismer som reparerer de hyppige skader som oppstår i vårt DNA. Men de som jobber i heterochromatin er ganske ekstraordinære.

Bilde 5. Reparasjons-ligase

Virkelige reparasjons maskiner
Vi ser at "mekanisme" også brukt til å beskrive en "ny klasse av DNA-reparasjonsenzymer" funnet av forskere ved Vanderbilt University -her. Dette legger til det samme arbeidet som fikk Nobelprisen tidligere i år. Dette enzymet har noen "bemerkelsesverdige egenskaper", sa de, som evnen til å finne skade indirekte uten å faktisk kontakte lesjonen, og evnen til å fikse større skader enn andre reparasjonsmekanismer kan.
"Vår funn viser at vi fortsatt har mye å lære om DNA-reparasjon, og at det kan være alternative reparasjonsveier som ennå ikke er oppdaget . Det viser oss at et mye bredere spekter av DNA-skade kan fjernes på måter som vi ikke trodde var mulige , sier Eichman. " Bakterier bruker dette til sin fordel for å beskytte seg mot antibakterielle agentene de produserer. Mennesker kan til og med ha DNA-reparasjonsenzymer som fungerer på lignende måte for å fjerne komplekse DNA-skader.

Virkelig formende maskineri
Nonsens-Mediert mRNA-Avfall (NMA) er beskrevet i Nature Reviews: Molecular Cell Biology som "et komplisert maskineri som former transkriptomer," -her. Abstraktet nevner "intrikate skritt" i denne prosessen, "cellulær kvalitetskontroll " og NMDs evne til å " Juster sine transkriptomer og deres proteomer dynamisk til forskjellige fysiologiske forhold."

Ekte emballasje
En gradstudent ved MIT studerer hvordan celler pakker to meter til DNA i en cellekjerne. Det er som "prøver å passe 38,5 km med hyssing i en tennisball," sier Abe Weintraub. Han er fascinert av det faktum at "DNA blir pakket tett i organiserte sløyfer , i stedet for å bli tilfeldig stuet inn i cellekjerner." Den spesifikke 3-D-organisasjonen ser ut til å påvirke funksjonaliteten, fordi feil forårsaker kreft og andre sykdommer.

Filosofiske konsekvenser
Det er noen få nyere eksempler på "maskinpraten" som flyter ut av laboratorier rundt om i verden. Dette er ikke bare metaforisk språk for "natur" som viktorianerne brukte. Det er observasjoner og beskrivelse av realiteter som de tidlige mekanistiske filosoffer ikke kunne ha forestilt seg. Og de er overalt. Maskin-kommunikasjon driver en eksplosjon av funn i vitenskapen.

Den gamle mekanistiske filosofien er håpløst utilstrekkelig for disse realitetene. Grunnen? Vi vet fra vår erfaring at ikke-styrte naturlover ikke produserer maskiner, fabrikker og kvalitetskontroll. Noe annet er nødvendig: informasjon.
Santa Fe-instituttet identifiserer denne kritiske delen av den nye 21. århundre synsvinkelen -her. En arbeidsgruppe møttes for å diskutere spørsmålet "Hvilke fysiske prinsipper forutsetter livet?" De stiller spørsmålet i et sterkt perspektiv:
--Vi er nedsenket i livet her på jorden, men liv er ikke funnet på månen. Det har heller ikke oppstått, så vidt vi vet, noe annet sted i solsystemet. Hvorfor fremskynder noen fysiske miljøer livet, og hvorfor ikke andre?

Det er ikke nok å si at månen ikke har vann:
Hvis Jorden virkelig bruker sollys til å konvertere en uordenlig masse masse og energi til organiserte levende ting, hvorfor kan ikke månen, jordens nærmeste nabo, gjøre noe lignende ved hjelp av forskjellige mekanismer?
Dette innebærer at "naturlige lover" alene er utilstrekkelige for å gjøre rede for forskjellen. David Wolpert var til stede for å dele et viktig forslag:
En del av svaret, sier Wolpert, kan ligge i informasjonsteori -lenke. I tillegg til å være sentral for moderne biologers forståelse av evolusjon, overlapper informasjonsteorien tungt med termodynamikk, fysikkområdet som er opptatt av hvordan de ulike typer indre energi i et system (som varme og lagret kjemisk energi) kan bli påvirket fra den ytre verden.

I et videoklipp utdyper Wolpert dette temaet. Tilsynelatende følte mange andre i arbeidsgruppen at det var en lovende måte å tenke på.

"I mange foredrag og diskusjoner har naturen av informasjonsflyten mellom ulike organisasjons nivåer oppstått som et viktig tema og åpent spørsmål," sier O'Dwyer. "Vi gleder oss til fremtidig samarbeid om hver av disse ideene."

Willaim Dembskis siste bok, Being as Communion , vil tjene som en fin diskusjonstarter. Wolpert kommer så nært, men er fortsatt så langt fra å forklare hva han satte seg fore å forklare: Hvorfor månen skiller seg fra jorden. Han snakker om informasjonsflyt gjennom systemet, men månen får nøyaktig det samme sollyset som jorden gjør. Og han definerer aldri hva informasjon er, eller hvor den kommer fra. Her er hvor intelligent design kan gi ekte, reell innsikt.
Informasjon er nøkkelen til en "mekanistisk" filosofi for det 21. århundre. Vi vet, fordi vi har stor erfaring med å produsere informasjon og trykke det på materie. Vi bygger datamaskiner. Vi lager roboter. Vi lager klokker og lastebiler og fabrikker. Faktisk kan vi til og med lage maskiner som lager andre maskiner, og roboter som i økende grad ser ut og fungerer som oss.

Bilde 7. Slik oppsto ikke liv

Våre maskiner kan drives som urverk, ikke fordi vi skinte sollys på en "bulkete klump" og ventet på at naturlige lover å ta sitt unike løp, men fordi vi infunderte klumpene med informasjon. Og siden vi vet at intelligens var den sanne årsaken som resulterte i at klumper av råmaterialer ble Steinway-pianoer, Toyota-robot-monteringslinjer og New Horizon romfartøy, er det en begrunnet oppfatning at intelligens er den sanne årsaken bak atomer som blir kinesiner, ribosomer, og sirkadiske klokke proteiner.

Tager: Filosofi; forskning; Vitenskap.