Bruker livet et ikke-tilfeldig sett med aminosyrer?
Jonathan McLatchie 11. april 2011. Evolusjon, Intelligent design, Biovitenskap. Oversatt herfra [kursiv og understreking tilføyd av oversetter]

En interessant forskningsartikkel -lenke, ble nylig publisert i tidsskriftet Astrobiology av Gayle K. Philip og Stephen J. Freeland, som spør: "Valgte evolusjonen et ikke-tilfeldig alfabet med aminosyrer?"
Artikkelen bemerker at det ikke finnes noen streng begrensning på karakteren eller typen aminosyrer som kan brukes i levende systemer. Biologi kunne faktisk tenkes å ha brukt et annet aminosyrealfabet, og det ser ut til å være et ganske bredt spekter den kunne ha valgt fra. Men er det noe spesielt - er det noe unikt eller uvanlig - med settet med 20 aminosyrer (noen organismer bruker en eller to ekstra aminosyrer) som livet bruker? Og hvis det er det, hvordan kan denne fundamentalt ikke-tilfeldige eventualiteten forklares?

Bilde 1. Aminosyrer (essensielle og ikke-essensielle)

Det er to brede kategorier av naturlig (dysteleologisk) forklaring. Disse to brede kategoriene er (i) tilfeldighet og (ii) nødvendighet. Disse to forklaringsprinsippene kan anvendes enkeltvis eller i kombinasjon. I tillegg er noen ting i vår verden ikke et resultat av verken tilfeldighet eller nødvendighet. Disse fenomenene gjenspeiler aktiviteten til agentkausalitet.
Intelligente agenter har også kapasitet til å samhandle med den materielle verden og produsere resultater som verken tilfeldighet eller nødvendighet er i stand til å oppnå. Heldigvis etterlater agenter rutinemessig karakteristiske avslørende mønstre som indikerer deres aktivitet, og som kan brukes til å utlede deres forklarende rolle i et fenomen av interesse.
Så, hvilket av våre forklaringsmekanismer er mest passende med hensyn til det påviselige ikke-tilfeldige utvalget av aminosyrer som er tilstede i nesten alle fasetter av levende systemer?

Sammendraget av artikkelen gjenspeiler:
Den siste universelle felles stamfaren til moderne biologi (LUCA) brukte et presist sett med 20 aminosyrer som et standardalfabet for å bygge genetisk kodede proteinpolymerer. Betydelige bevis tyder på at noen av disse aminosyrene var tilstede gjennom ikke-biologiske synteser før livets opprinnelse, mens resten utviklet seg som oppfinnelser av tidlig metabolisme. Imidlertid tyder de samme bevisene på at mange alternativer også var tilgjengelige, noe som fremhever spørsmålet: hvilke faktorer førte til at biologisk evolusjon på planeten vår definerte sitt standardalfabet? En mulighet er at naturlig utvalg favoriserte et sett med aminosyrer som viser klare, ikke-tilfeldige egenskaper - et sett med spesielt nyttige byggesteiner. Tidligere analyser som testet om standardalfabetet består av aminosyrer med uvanlig høy variasjon i størrelse, ladning og hydrofobisitet (egenskaper som styrer hvilke proteinstrukturer og -funksjoner som kan konstrueres) klarte imidlertid ikke å skille evolusjonens valg tydelig fra et utvalg av tilfeldig valgte alternativer. Her demonstrerer vi entydig støtte for en raffinert hypotese: at et optimalt sett med aminosyrer ville spre seg jevnt over et bredt spekter av verdier for hver grunnleggende egenskap. Mer spesifikt viser vi at standardsettet med 20 aminosyrer representerer de mulige spektrene av størrelse, ladning og hydrofobisitet bredere og jevnere enn det som kan forklares av tilfeldigheter alene.

Forfatterne sammenlignet dekningen av standardalfabetet med 20 aminosyrer for "størrelse, ladning og hydrofobisitet med tilsvarende verdier beregnet for et utvalg på 1 million alternative sett (hvert også bestående av 20 medlemmer) trukket tilfeldig fra bassenget med 50 plausible prebiotiske kandidater."

Resultatene?
Forfatterne bemerket at:
"..standardalfabetet viser bedre dekning (dvs. større bredde og større jevnhet) enn noe tilfeldig sett for hver av størrelse, ladning og hydrofobisitet, og for alle kombinasjoner av disse. Med andre ord, innenfor grensene av våre antagelser, samsvarer hele settet med 20 genetisk kodede aminosyrer med vårt hypotetiske adaptive kriterium i forhold til alt som tilfeldigheter kunne ha satt sammen fra det som var tilgjengelig prebiotisk."

Forfatterne er dermed raske til å avfeie tilfeldighetshypotesen som et ikke-levedyktig alternativ. I sine avsluttende bemerkninger bemerker de:
Enten vi vurderer et utgangspunkt for genetisk koding innenfor (i) samlingen av prebiotisk plausible aminosyrer, (ii) sluttpunktet for standardalfabetet i forhold til denne prebiotiske samlingen av kandidater, eller (iii) prosessen der evolusjonen unnslapp disse prebiotiske grensene, ser vi et konsistent, entydig mønster; tilfeldig tilfeldighet ville være svært usannsynlig å representere det kjemiske rommet for mulige aminosyrer med en slik bredde og jevnhet i ladning, størrelse og hydrofobisitet (egenskaper som definerer hvilke proteinstrukturer og -funksjoner som kan bygges). Videre analyse indikerte at selv under dette enkle kriteriet, vil ethvert valg av et optimalt aminosyrealfabet sannsynligvis inkludere noen av de som finnes i nåværende genetisk koding.
Betydningen av dette strekker seg lenger, for forskerne går også etter de åtte prebiotisk plausible aminosyrene som finnes blant de 20 som for tiden vises i biologiske proteiner. De sammenlignet egenskapene til disse aminosyrene med alternative sett på åtte trukket tilfeldig, og etablerte - nok en gang - den fundamentalt ikke-tilfeldige naturen til de som brukes.

Men hvis tilfeldig tilfeldighet ikke er nok, hva med nødvendighet? Siden lovlignende prosesser bare produserer forutsigbare eller regelmessige mønstre, kan ikke nødvendighet påberopes alene for å forklare tilstedeværelsen av spesifisert uregelmessighet. Så hvis verken tilfeldighet eller nødvendighet er av verdi alene, hva med kombinasjonen av dem? Fungerer det noe bedre? Artikkelen antar selvfølgelig at et fundamentalt ikke-tilfeldig alfabet innebærer at seleksjon har forrang over (men i kombinasjon med) rollen til tilfeldig variasjon. Men kan denne dualiteten levere varene? Som jeg bemerker i en tidligere artikkel -lenke, om et beslektet emne, er det ekstremt vanskelig å se for seg en utviklende genetisk kode som ikke ville herje med organismen.

Bilde 2. Det er fra barnlige sinn, en skal høre sannheten

En endring i genetisk kode ville resultere i en endring i aminosyrer i hvert polypeptid som produseres av cellen, og det virker usannsynlig at dette ville være en selekterbar egenskap. Faktisk er en pool av biotiske aminosyrer vesentlig mindre enn 20 tilbøyelig til å redusere variasjonen av proteiner syntetisert av ribosomene betydelig. Og prebiotisk seleksjon vil sannsynligvis ikke sile variasjonskornet for denne egenskapen av aminosyreoptimalitet før opprinnelsen til selvreplikerende liv (på mange måter er "prebiotisk seleksjon" noe selvmotsigende). Syntesen av noen av aminosyrene (spesielt de åtte som anses som essensielle) er også ganske kompleks, og det er vanskelig å forestille seg at slike veier konstrueres uten å forutse deres nytteverdi.
Tynget av disse problemene (og det er mange flere), ser det ut til at bevisbyrden her må ligge hos den som søker å fastslå tilstrekkeligheten av tilfeldigheter og seleksjon i finjusteringen av denne poolen av aminosyrer. Og dette er på ingen måte den eneste egenskapen som ser ut til å ha blitt delikat optimalisert heller. Den genetiske koden er også finjustert for å minimere de skadelige effektene av mutasjoner (for detaljer, se min forrige artikkel -lenke).

Hvis tilfeldighet og nødvendighet tilsynelatende er utilstrekkelige, enten alene eller i samarbeid, hva med de kausale kreftene i agentkausalitet? Slike delikat balanserte og finjusterte parametere er rutinemessig assosiert med målrettede aktører. Agenter er unikt utstyrt med evnen til fremsyn, og har evnen til å visualisere og deretter aktualisere et komplekst og finjustert informasjonsrikt system, som ellers ville være uoppnåelig på grunn av tilfeldigheter og lover. Hvis slike trekk rutinemessig tilskrives intelligente årsaker i alle andre erfaringsområder, og vi ikke har sett noen grunn til å tro at denne intuisjonen er feil, er vi ikke berettiget til å postulere og antyde at disse systemene vi finner i biologien, også oppsto etter viljen til en målrettet bevisst aktør? La meg avslutte med å sitere fra

Stephen C. Meyers banebrytende bok, Signature in the Cell (side 452):
"Overalt i vårt høyteknologiske miljø observerer vi komplekse hendelser, gjenstander og systemer som får våre sinn til å gjenkjenne aktiviteten til andre sinn: sinn som kommuniserer, planlegger og designer. Men å oppdage sinnets tilstedeværelse, å oppdage intelligensens aktivitet i ekkoet av dens effekter, krever en form for resonnement - faktisk en form for kunnskap - som vitenskapen, eller i det minste offisiell biologi, lenge har ekskludert. Hvis levende ting - ting som vi åpenbart ikke designet selv - bærer kjennetegnene på design, hvis de viser en signatur som ville ledet oss til å gjenkjenne intelligent aktivitet i enhver annen erfaringsverden, er det kanskje på tide å rehabilitere denne tapte måten å vite på og gjenopplive vår undring over naturens forståelighet og design, som først inspirerte den vitenskapelige revolusjonen."

Bilde 3. Jonathan McLatchie

JONATHAN MCLATCHIE
RESIDENT BIOLOG & stipendiat, SENTER FOR VITENSKAP OG KULTUR
Dr. Jonathan McLatchie har en bachelorgrad i rettsmedisinsk biologi fra University of Strathclyde, en mastergrad (M.Res) i evolusjonsbiologi fra University of Glasgow, en andre mastergrad i medisinsk og molekylær biovitenskap fra Newcastle University, og en doktorgrad i evolusjonsbiologi fra Newcastle University. Tidligere var Jonathan assisterende professor i biologi ved Sattler College i Boston, Massachusetts. Jonathan har blitt intervjuet på podcaster og radioprogrammer, inkludert "Unbelieveable?" på Premier Christian Radio og mange andre. Jonathan har snakket internasjonalt i Europa, Nord-Amerika, Sør-Afrika og Asia for å fremme beviset for design i naturen.

Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund