Hvordan Ingeniører reddet biologien fra evolusjonsteorien
Oversatt herfra.

Et av evolusjonsteoriens minst verdsatte bidrag til biologisk fremskritt har vært å bremse utviklingen. I mine tre siste artikler (her, her, her -lenker) forklarte jeg hvordan teorien forutsier at levende systemer ikke skal se designet ut, for å nå hensiktsfulle mål. Og enhver likhet med design skulle vanligvis virke klønete og ineffektiv. Etter disse forventningene har biologer ofte feilaktig konkludert med at strukturer eller systemer ikke var funksjonelle eller suboptimale, hvis forskere ikke umiddelbart kunne forstå alle funksjonene deres. Emily Reeves skrev flere gode artikler som fremhever eksempler (her, her, her). Heldigvis har samarbeidet mellom ingeniører og biologer de siste tiårene bidratt til med å snu om på disse falske premissene.
Her vil jeg ta for meg hvordan ingeniører bidro til å korrigere en ekstra feilaktig antagelse. Evolusjonsteorien forutsier at biologi i beste fall marginalt skal ligne menneskelig ingeniørfag. Likevel legemliggjør livet ofte den samme designlogikken og motivene. Hovedforskjellen er at livet viser langt overlegne nivåer av kompleksitet, effektivitet og oppfinnsomhet.

Bilde 1. Er fisk designet ut fra en hensikt/et mål?

Evolusjon og Rube Goldberg -maskiner
Evolusjonens logikk tilsier at komponentene i komplekse biologiske strukturer og egenskaper kom tilfeldig sammen uten fordelen ved fremsyn eller målstyringen til en intelligent agent. Enheter (f.eks. Proteiner) som tjente ett formål, knyttet seg til andre enheter på en seriøs måte for å oppnå et annet kollektivt mål (f.eks. ATP -syntase som lader ATP). De laveste nivåene oppsto først, så sluttproduktet representerer 'bottom-up' -design.
I virkeligheten krever bottom-up-design fortsatt at noen designet komponentene og koble dem sammen på riktig måte, men jeg vil overse denne ulempen for argumentets skyld.
Slike sammensatte systemer skal ligne Rube Goldberg -maskiner. Rube Goldberg var en amerikansk oppfinner og tegneserieskaper som tegnet kontraster som utførte en enkel oppgave gjennom en rekke ikke -relaterte enheter som var vanskelig forbundet med hverandre. Handlingen til en enhet ville utløse den neste, som ville utløse den neste, og så videre, for å oppnå et mål som ikke er direkte koblet til noen av de enkelte komponentene. Hele mekanismen var komisk ineffektiv og tungvint.

Evolusjonist Jerry Coyne understreket i sin 'hatchet-jobb' gjennomgang av Michael Behe's Darwin Devolves hvordan livet skal vise lignende bottom-up design:
Faktisk er den ensartede erfaring til forskere som arbeider med disse [biologiske] systemene at de legemliggjør en absurd, Rube Goldberg-lignende, kompleksitet som ikke gir mening som håndverket til en ingeniør, men som gir perfekt mening som et produkt av en lang og styrt historisk prosess.

Bilde 2. Bottom-up design må også være designet for å fylle en funksjon/hensikt

Coynes kritikk av Behe manglet intellektuell ærlighet og vitenskapelig nøyaktighet (her, her), men hans innsikt i hva utviklingen skulle produsere, var helt korrekt. Av avgjørende betydning, var det at Coyne ikke refererte noen eksempler på slik Rube Goldberg-lignende kompleksitet i livet, fordi ingen slike eksisterer.

Bilde 3. Behe peker på devolusjon som en måte å tilpasse seg endrede omgivelser

Biologi og ingeniørfag
I kontrast, erkjenner systembiologer nå at biologi viser top-down design der et overordnet mål og tilsvarende designbegrensninger dikterer konstruksjonen av et komplekst trekk. Hver komponent i en struktur eller system integreres perfekt med andre medlemmer for å oppnå et forhåndsbestemt mål med forbløffende effektivitet.
Dermed ligner ikke livet maskiner av Rube Goldberg-type, men menneskelig konstruksjon. Den sterke kontrasten mellom den faktiske organisasjonen på høyere nivå av liv og evolusjonære forventninger har skapt spenning i det biologiske samfunnet. Forfatterne av System Modeling in Cellular Biology (SMCB) kommenterte:
-En ofte bemerket reservasjon mot typen analogier mellom biologiske og konstruerte systemer vi la frem, sier at disse to typene komplekse systemer oppstår på grunnleggende forskjellige måter, nemlig gjennom evolusjon kontra formålsdrevet, ovenfra og ned-design (se for eksempel Bosl og Li (2005)). (Ref: SMCB, s. 32, Ingeniørmotiver i livet)

Ingeniørmotiver i livet
Biologi ligner ikke bare menneskelig ingeniørkunst generisk, men den inneholder de samme designrammene. Systemmodellerings-forfatterne forklarer:
På et mer abstrakt nivå ser vi høyt organiserte og strukturerte nettverk som muliggjør globale og koordinerte svar på variasjoner i miljøet på alle tidsskalaer, ved hjelp av lokale og desentraliserte mekanismer. … Det grunnleggende rammeverket brukes i mange avanserte teknologiske systemer. ... Uten et teknisk synspunkt er biologi et vidunder av teknologisk "design". Vi argumenterer for at analogier med konstruerte systemer, spesielt om hvordan man genererer passende svar på variasjoner, er et hovedkrav for alle svært integrerte systemer som kan hjelpe oss med å forstå biologisk kompleksitet. (Ref: SMCB, PP. 26-27)

Forfatterne argumenterer videre med at designmotiver brukt i livet er kjent for å representere de mest effektive strategiene for å nå sine mål.
-Fra ingeniørfag er det kjent at feedback-kontroll (pluss feedforward-kontroll) muliggjort av rask og om mulig ekstern avansert varsling, er den kraftigste mekanismen for å forsyne robusthet overfor variasjoner i miljøet og komponentdelene. Varmesjokk-responsen i E. coli ser ut til å anvende nøyaktig de samme prinsippene som vist ved detaljert modellering og påfølgende modell-reduksjon til kjerneelementene (El-Samad et al., 2005). (Ref: SMCB, s. 39)

Bilde 4. Genregulerings (dGRNs) nettverk hos bananflue (C. elegans)

Like slående identifiserer Reeves og Hrischuk (2016 -lenke) en celle som et innebygd datasystem, siden menneskelige og biologiske datasystemer deler mange komponenter. Eksempler på delte komponenter inkluderer følgende: behandlingsmotor, informasjonskode, primærminne, sekundært minne, minneadressering, minneoppsett på lavt nivå, minnestyring, hurtigbuffer, timer, tilfeldig tilgjengelig vedvarende lagring, dataformatering på høyt nivå og listen fortsetter. Disse komponentene deler også mange av de samme funksjonelle innbyrdes forholdene. Datamaskiningeniører vil bekrefte at slike systemer bare kan fungere hvis de fleste elementene eksisterer og er ordentlig sammenkoblet.

Hvordan biologi avviker fra ingeniørfag
De mest filosofi-flinke materialistiske forskerne erkjenner faren ved for nær sammenligning av biologi med ingeniørfag. Ingeniør legemliggjør ikke bare intelligent design, men ingeniører har utviklet en dyp intuisjon om hva trinnvise prosesser kan og ikke kan oppnå. Og de innser at designmønstrene som er gjennomgripende i livet umulig kunne ha dukket opp gjennom en gradvis, ikke -styrt prosess.
Biologer som er engasjert i vitenskapelig materialisme har hevdet at livet er så forskjellig fra menneskelige artefakter at de kan avvise ingeniørers konklusjoner om organismenes begrensede utvikling. Den sentrale feilen i dette argumentet er at nesten alle forskjeller mellom menneskelige tilvirkninger og liv, gjør sistnevnte stadig mer utfordrende å designe. Og utfordringene gir mer skremmende hindringer for ethvert evolusjonært scenario.

Designmotiver som firestangs-ledd og kontrollsystemer må tilfredsstille krevende krav, om de er implementert i en romferge eller en fisk (her , her). Mange av disse kravene fungerer stort sett uavhengig av materialene som består av dem eller de nøyaktige metodene de bruker i driften. Dessuten innebærer særegenheten til levende systemer mange tilleggskrav og enda strengere begrensninger. Ikke bare må et biologisk element fungere skikkelig, men en organisme må også produsere, vedlikeholde og drive det.
For eksempel må virveldyr øyet samsvare med mange av de samme eller sammenlignbare kravene som ses i digitale kameraer. Og dets konstruksjon krever en sterkt koordinert produksjonsprosess innen embryologi, ledet av et omhyggelig konstruert genetisk kontrollsystem. Verken den overordnede utformingen eller byggeprosessen kunne ha dukket opp trinnvis (her, her).

Bilde 5. Hiererakisk oppbygning av synssans

I tillegg gjenspeiler de grunnleggende forskjellene mellom menneskelig og biologisk ingeniørkunst overlegenheten til sistnevnte. For eksempel Frølich et al. (2017) beskriver den ekstraordinære oppfinnsomheten knyttet til materialene som organismer produserer. Og M. L. Simpson et al. (2004) uttalte:
-Genetiske og biokjemiske prosesser er svært funksjonelle og tette systemer. Celler utfører svært komplekse funksjoner regulert av genetiske kretser og nettverk omtrent som konstruerte systemer, bare ved langt større tettheter, kompleksitet og evner. Silisiumbasert teknologi kan for eksempel ikke komme i nærheten av integrasjonstypene man ser på bakterie-skalaen f.eks.
Forskere bruker i økende grad ingeniørkunnskap (aka design) innsikt, verktøy og språk for å forstå levende systemer, og denne trenden "viser ingen tegn til å bremse. -lenke" De som hevder at intelligent design ikke resulterer i fruktbar forskning, som fører til dypere forståelse av livet, viser at deres egen forståelse av den biologiske litteraturen er tjue år utdatert.