The Edge of Evolution (kirja)

The Edge of Evolution
Alkuperäisteos
Kirjailija	Michael J. Behe
Kansitaiteilija	Ellen R. Sasahara
Kustantaja	Free Press
Julkaistu	2007
Ulkoasu	kovakantinen
Sivumäärä	320
ISBN	0-7432-9620-6
Edeltävä	Darwin's Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution

The Edge of Evolution: The Search for the Limits of Darwinism (EOE) on biokemian professori Michael Behen kirjoittama kirja, jossa hän käsittelee evoluutiomekanismien empiirisesti todettuja rajoitteita. Havainnot perustuvat malarian, HI-viruksen ja ihmisväestön mutaatioista tehtyihin havaintoihin. Koska näissä tapauksissa valintapaineet ovat erityisen mittavia sekä HI-virus- ja malarialoispopulaatiot suuria ja nopeasti mutatoituvia, tämä on luultavasti parasta käytettävissä olevaa todistusaineistoa mutaation ja luonnonvalinnan kyvystä ja myös niiden rajoista.

Malarian antibioottiresistenssit

Kun malarialoista tutkitaan koko maailman mittakaavassa, voidaan laskea yksittäisen tietyn pistemutaation todennäköisyys kun tunnetaan populaation koko ja lisääntymisnopeus sekä keskimäärin vallitseva mutaatiotaajuus. Malarialoisen genomin jokaisessa kohdassa tapahtuu mutaatio sataan kertaan jo vuoden aikana, HI-viruksella vieläkin useammin. Mitään olennaisesti uusia temppuja nämä taudinaiheuttajat eivät (onneksi) silti ole saavuttaneet.

Behen analyysi perustuu empiriaan ja todennäköisyyslaskentaan tavalla, joka avautunee parhaiten esimerkkitapausten avulla: Eräs pistemutaatio tuottaa P. falciparum -malarialoiselle resistenssin atovakoni-lääkettä vastaan. Tämän tapahtuman todennäköisyys on 10^-12 (yksi jaettuna miljoonalla miljoonalla) yhdelle loiselle. Klorokiini-lääkkeen resistenssi taas vaatii kaksi pistemutaatiota, joiden yhteiseksi todennäköisyydeksi tulee 10^-20. Malaria pystyy saavuttamaan nämä resistenssit, koska sen populaatio on niin suuri: yhden potilaan ruumiissa on noin 10¹² loista, ja noin miljardilla ihmisellä on malaria. Spontaani resistenssi atovakoni-lääkkeelle havaitaan noin joka kolmannella henkilöllä, kun taas klorokiini-lääkkeen vastainen resistenssi kehittyy loiselle noin yhdellä ihmisellä miljardista.

Kilpavarustelua vai asemasotaa ja poltetun maan taktiikkaa?

Behe päättelee, että mutaatio-luonnonvalintamekanismi kykenee useinkin antamaan eliölle paremmat lyhyen aikavälin eloonjäämismahdollisuudet, mutta lähinnä vain tuhoamalla valmiita kokonaisuuksia, joista kyseisellä hetkellä on sille haittaa. Evoluutio muistuttaa siis peräytymistaistelua, jossa oman maan kyliä, siltoja ja teollisuutta poltetaan tilapäisen sotilaallisen edun saavuttamiseksi. Ekonomialla (lisäoletuksitta selviämisellä) mitaten suunnitteluselitys toimii näköjään parhaiten monillakin tarkastelutasoilla, joilla materialismiin sitoutunut tutkimus on ongelmissa tai joutuu keksimään erillisiä, usein epätodennäköisiä selityksiä.

Evoluution raja

CCC

Jos jokin pistemutaatioyhdistelmä tuottaa jossain tilanteessa valintaetua, kyseisen edun satunnaisen toteutumisen todennäköisyys on periaatteessa laskettavissa. Tällaisen edun toteutuminen käytännössä vaatii kuitenkin riittävän suuren eliöpopulaation, ja vaadittava populaatio on sitä suurempi, mitä epätodennäköisemmästä yhdistelmästä on kysymys. Pistemutaatioyhdistelmillä periaatteessa saavutettavissa olevien etujen monimutkaisuuksien vertailuyksiköksi sopii klorokiini-vastustuskyvyn saavuttamiseen teoreettisten laskelmien ja käytännön havaintojen mukaan vaadittava populaatiokoko eli 10²⁰ (chloroquine-complexity cluster, CCC). Koska kyseessä on monimutkaisuuden yksikkö, CCC-lukema on sitä suurempi, mitä mutkikkaammasta tapauksesta on kysymys: 1 CCC on siis yksi mahdollisuus 10²⁰:sta, ja muut lukuarvot saadaan logaritmisesti: kun n = niiden tapausten lukumäärä, joista keskimäärin yksi on suotuisa, tilanteen monimutkaisuus on log_10²⁰ n CCC (otetaan logaritmi jonka kantaluku on 10²⁰). Näin ollen esim. yllämainitun atovakoniresistenssin vaativuus on log_10²⁰ 10¹² CCC = 12/20 CCC = 0,6 CCC.

Yllä olevan perusteella 1 CCC:n pistemutaatioyhdistelmä kehittyy malarialle vain noin kerran viidessä vuodessa ja koska useimmilla lajeilla populaatiot ja valintapaine ovat paljon malariaa pienemmät ja lisääntymisten välinen aika paljon suurempi (Plasmodium falciparum -malarialoissukupolven aika on 48 tuntia), nisäkkäillä evoluutio kykenee harvemmin ylittämään edes yhden CCC:n kokoisia muutoksia.

Kaksois-CCC

Maapallolla syntyy vuosittain 10³⁰ bakteeria¹, ja jos oletamme määrän pysyneen suurinpiirtein vakiona, niin muutaman miljardin vuoden aikana maapallolla olisi ollut hieman alle 10⁴⁰ solua.² Tämä on hieman vähemmän kuin mitä keskimäärin tarvitaan kaksois-CCC:n tuottamiseen kerran. Suurin piirtein tässä, eli mutaatioyhdistelmässä jonka todennäköisyys on alle 10^-40, on siis darvinistisen evoluution raja. Jos siis eliöissä on rakenteita, joiden evolutiivinen synty olisi vaatinut vähintään kaksois-CCC:n kokoisen mutaatioryppään, voimme päätellä ettei tällainen rakenne todennäköisesti syntynyt darvinistisen evoluution tuloksena.

Rajan rikkovia rakenteita

Seuraavaksi Behe käy läpi solun biokemiallista koneistoa osoittaen, että suurin osa siitä vaatii enemmän kuin 2 CCC:tä kehittyäkseen. Proteiinien osalta 2 CCC:n vaativuustaso vastaa kahta proteiinien välistä kiinnittymispaikkaa. Suurin osa solun toiminnoista käyttää kuutta tai paljon useampaa proteiinia, joten suurin osa solun koneistosta ei näyttäisi voivan kehittyä satunnaisten mutaatioiden ja luonnonvalinnan avulla. Proteiinien muotoavaruudessa tietyn kiinnittymispaikan muodon löytäminen vaatii yli 10⁷ kokeilua. Lukuna tämä vastaa vähintään viiden aminohapon vaihtoa proteiinissa. Vaikka valintaedun saamiseen tarvittaisiin vain kolme näistä, 10^-8:n pistemutaatiotodennäköisyydellä vaativuus on 10²⁴, siis 24/20 CCC = 1,2 CCC -- eli yhä yli 1 CCC.

Täsmennyksiä

Tarvittavien mutaatioiden määrä

Behen laskema evoluution raja pätee vain sellaisissa tilanteissa, kun välivaiheet ovat haitallisia tai vähemmän kelpoisia. Myöskään keskimääräinen mutaationopeus ei kerro tietyn yksittäisen mutaation todennäköisyyttä, vaan mutaatiot voivat esiintyä suuremmalla todennäköisyydellä tietyissä kohdissa³, kuten huomataan verrattaessa atovakoniresistenssin kohdalla. Atovakoniresistenssi on n. 10^-12, vaikka keskimääräisen mutaatiotaajuuden perusteella tietty yksittäinen pistemuutaatio pitäisi esiintyä n. 10^-8 todennäköisyydellä. Tämän takia kahden mutaation todennäköisyys ei ole aina sama kuin CCC, eikä kaksois-CCC ole välttämättä juuri neljän mutaation rypäs. Määritelmällisesti kaksois-CCC tarkoittaakin muutosta joka on yhtä epätodennäköinen kuin kaksinkertainen klorokiiniresistenssin todennäköisyys, eli 10^-40

Neutraalit välivaiheet

Behen määrittämä raja ei koske neutraalin evoluution kautta tapahtuvan esisopeutumisen todennäköisyyttä, vaan raja on määritelty tilanteissiin joissa mutaatiot olisivat yksin esiintyessään haitallisia. Geneettisen ajautumisen takia kahden mutaation todennäköisyys saattaa olla $u\times {\sqrt {u}}$ -muotoa (jossa u on mutaationopeus). Tämä ei kuitenkaan muuta Behen argumenttia olennaisesti: kahden proteiinien kiinnittymispaikan asemesta evoluution rajana puhutaan n. kolmesta kiinnittymispaikasta, eli neljästä proteiinista, mikä on yhä aivan liian vähän useimmille solun toiminnoille.

Kritiikkiä

Darvinistisen evoluutioteorian kannattajilta löytyy joitakin vastaväitteitä, jotka eivät kuitenkaan ole tähän asti muuttaneet kirjan johtopäätöksiä. Behe on vastannut useimpiin kritiikkeihin Uncommondescent-blogissaan:

• Response to Critics, Part 1: Jerry Coyne
• Response to Critics, Part 2: Sean Carroll
• Response to Critics, Part 3: Michael Ruse
• Back and Forth with Jerry Coyne, Part 1, Part 2, Part 3
• Response to Kenneth R. Miller, Part 2
• Response to Richard Dawkins
• Beyond the Edge of Evolution: The New York Times Story (Vastaus Kenneth Changin juttuun koskien Joseph Thorntonin tutkimuksia)
• Science, E. coli, and the Edge of Evolution: Part 1 (Kommentti koskien Isabel Gordonin tutkimusta)
• Science, E. coli, and the Edge of Evolution: Part 2 (Vastaus Abbie "ERV" Smithin kritiikkiin The Panda’s Thumb -sivustolla)
• Microbe Magazine and the Bacterial Flagellum: Part 3 (Vastaus Wongin & al. kirjoitukseen Microbe Magazine -lehdessä)
• Korthof and Pseudogenes: Part 4 (Vastaus Gert Korthofin kritiikkiin)
• Back and forth with Sean Carroll in Science
• Reply to Gross
• Kenneth R. Miller and the Problem of Evil, Part 1, Part 2, Part 3
• Trends in Ecology and Evolution follows the trend, Part I, Part II, Part III
• Response to Ian Musgrave’s “Open Letter to Dr. Michael Behe,” Part 1, Part 2, Part 3, Part 4, Part 5
• Malaria and Mutations (Kommentti koskien New England Journal of Medicine -lehdessä julkaistua tutkimusta)
• Multiple Mutations Needed for E. Coli (Kommentti koskien Richard Lenskin tutkimusta PNAS-lehdessä)
• Once More With Feeling (Vastaus Kenneth Millerin kirjassa Only a Theory: Evolution and the Battle for America’s Soul esitettyyn kritiikkiin)
• Miller vs. Luskin, Part 1, Part 2
• Hog’s tail or bacon? Jerry Coyne in The New Republic
• Waiting Longer for Two Mutations, Part 1, Part 2, Part 3, Part 4, Part 5 (Vastaus R. Durrettin ja D. Schmidtin Genetics-lehdessä julkaistuun artikkeliin Waiting for Two Mutations: With Applications to Regulatory Sequence Evolution and the Limits of Darwinian Evolution)
• “The Old Enigma,” Part 1 of 3, Part 2 of 3, Part 2 of 3 (Kommentti D. J. Whiteheadin & al. artikkelista The look-ahead effect of phenotypic mutations)
• Letter to Science (Vastaus John Travisin artikkeliin Science-lehdessä)
• Letter to Trends in Microbiology (Vastaus L. A. S. Snyderin & al. artikkeliin Trends in Microbiology-lehdessä)
• “Reducible complexity” in PNAS (Vastaus A. Clementsin & al. artikkeliin Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä)
• Nature publishes paper on the edge of evolution, Part 1, Part 2, Part 3 (Kommentti Joseph Thorntonin tutkimuksista, jotka tukevat kirjassa esitettyä argumenttia)
• New work by Richard Lenski
• Response to Carl Zimmer and Joseph Thornton, Part 1, Part 2, Part 3, Part 4
• Misusing Protistan Examples to Propagate Myths about Intelligent Design (Vastaus International Society of Protistologists -työryhmän Journal of Eukaryotic Microbiology -lehdessä julkaisemaan kritiikkiin)
• A malodorous argument for Darwinian evolution (Kommentti John Avisen kirjasta Inside the Human Genome: A Case for Non-Intelligent Design)

P. Z. Myers ja Lenskin tutkimukset

Suunnitteluteoriaa kritisoiva P. Z. Myers on kritisoinut Behen kirjoituksia blogitekstissään⁴ liittyen L. E. Lenskin kuuluisiin bakteerikokeisiin. Kokeissa on kasvatettu bakteereita laboratoriossa 20 vuotta niin että populaatiosta on pakastettu osa talteen tietyin väliajoin. Suurin piirtein 31500 sukupolven kohdalla eräällä bakteeripopulaatiolla ilmeni uusi ominaisuus, jonka avulla ne kykenivät käyttämään hapellisissa olosuhteissa sitraattia ravinnonlähteenään. Jos tämän ominaisuuden saamiseksi olisi riittänyt yksi mutaatio, se olisi esiintynyt paljon nopeammin ja useammin. Kyseessä ei kuitenkaan ollut kahden mutaation yhtäaikainen yhdistelmä, sillä kävi ilmi, että kyseisen populaation kantamuodot kykenivät 20000 sukupolven kohdalla saamaan kyseisen mutaation helpommin kuin tätä ennen. Kyseessä oli siis neutraali välivaihe. Lisäksi populaatiossa tapahtui kolmas mutaatio 33000 sukupolven kohdilla, joka tehosti sitraatin käyttöä.

Myersin kritisoi Beheä Lenskin tutkimusten vääristelystä ja väärinymmärryksistä. Myersin argumentaatio ei kuitenkaan tunnu olevan täysin vedenpitävää.

Ensimmäisenä vastauksenaan Behen kommenttiin Myers kirjoitti:

This is an experiment that revealed a trait that required at least three mutations.

Kuitenkin valintaedun tarjoava uusi ominaisuus ilmeni jo toisen mutaation jälkeen. Kolmas oli siis vain jonkinlaista optimointia. Lisäksi Myers ei tainnut tajuta Behen pointtia tässä kohdassa. Kantapopulaatiolta ominaisuuden saamiseen vaaditaan vähintään kaksi mutaatiota, joten sitä ei käytännössä esiinny kun populaatiokoot ovat niin pieniä verrattuna esim. malariaan tai HIViin. Ainakin toinen näistä mutaatioista oli kuitenkin neutraali esiintyessään yksinään, joten se toimi esisopeuttavana mutaationa, minkä jälkeen toinenkin mutaatio löytyi suhteellisen pian. Behen pointti: valintaedun saamiseksi vaadittiin kaksi toisistaan riippumatonta mutaatiota, joten muutoksen todennäköisyys oli huomattavasti pienempi, kuin jos yksi mutaatio olisi riittänyt sen saavuttamiseksi. Tietenkin muutoksen todennäköisyys oli suurempi, kuin jos molemmat mutaatiot olisivat yksin esiintyessään olleet haitallisia, eivätkä neutraaleja kuten nyt.⁵ Toisessa vastauksessa Myersin tulkinnat ja johtopäätökset karkaavat jo pahemmin:

Behe claims that he has shown in his book that the result observed by Lenski and colleagues could not occur without intelligent intervention

Behe ei kuitenkaan väitä näin. Behe vetää todennäköisyysrajan kaksois-CCC:n todennäköisyyden kohdalle, mikä vastaa suurin piirtein neljää yhtäaikaista oikeanlaista pistemutaatiota, ja tämä pätee siis ainoastaan sellaisessa tapauksessa kun välivaiheet ovat nimenomaan haitallisia. Vaikka siis hyväksyisimmekin Myersin tulkinnan kolmesta mutaatiosta, niin muutos ei kuitenkaan ylittäisi evoluution rajaa. Ensinnäkään välivaiheet eivät olleet haitallisia vaan ensimmäinen välivaihe oli ilmeisen neutraali ja toinen välivaihe oli jo hyödyllinen, joten Behe ei ole määrittänyt tarkkaa todennäköisyysrajaa kyseiselle evoluutioprosessille.⁶ Toiseksi vaikka välivaiheet olisivat olleet haitallisia, ja mutaatiokombinaatio olisi ollut harvinaisuudessaan erittäin epätodennäköinen, kolme mutaatiota jäisi silti auttamattomasti kaksois-CCC:n rajojen sisälle, joten muutos ei tässäkään tapauksessa ylittäisi Behen määrittämää rajaa.⁷

Eli Behe on ihan selkeästi sitä mieltä, että kyseinen ominaisuus ilmaantui evolutiivisen prosessin kautta. Hän ei siis väitä että tällaisen muutoksen tapahtumiseksi tarvittaisiin älyllistä interventiota, toisin kuin P. Z. Myers sanoo.

Katso myös

ApologetiikkaWiki

• Kaksois-CCC
• Michael Behe
• Evoluutioteoria
• Suunnitteluteoria
• Maailman hienoin esitys (kirja)

Internet

Videot & audiot

• Behe luennoi kirjastaan (13.06.2007), video (1h 33min)
• Blogginheads.tv: Irreducibly complex edition, Behe keskustelee John McWhorterin kanssa (Video, 44min)
• Behen haastattelu The Colbert Report -ohjelmassa, (video, 5min)
• Point of Inquiry -haastattelu (mp3-audio)

Tekstit

• Behen Amazon-blogi, jossa hän saa tarpeeksi palstatilaa vastata kriitikoilleen.
• Questions about my new book? Behen haastattelu kirjasta
• Journal of Creation: äskettäisluomisnäkemystä edustavan Don Battenin arvio kirjasta
• Nature-lehdessä 2009 julkaistun artikkelin tulokset vahvistavat Behen argumenttia.