Explore
New documentary: Dismantled: A Scientific Deconstruction of the Theory of Evolution
The online premiere has ended, but you can order the DVD or Blu-ray here.
Also Available in:

Genetisk entropi och enkla organismer

Varför finns det fortfarande bakterier om den genetiska entropin gäller?

Skrivet av
Översatt av Torsten Lantz

Publicerat den: 25 oktober 2012 (GMT+10)
morgueFile.com

Sammandrag

Genetisk entropi (GE) har en förstörande effekt på genomet hos alla levande organismer. Anledningen till detta är att mutationer ärvs över generationer. Många undrar varför bakterierna kan leva idag, om nu GE stämmer? Det finns flera orsaker – bland annat den relativt sett enklare arvsmassan, de höga populationsstorlekarna och de korta generationstiderna. Den totala mutationsfrekvensen är också lägre. I samverkan gör dessa faktorer att bakterier är de organismer som har den har största motståndskraften mot utrotning. Bland alla jordens livsformer har bakterierna den största möjligheten att överleva GE:s effekter. Det betyder inte att de kan klara sig för alltid, men det är en förklaring till varför de fortfarande finns till idag.

Vad är genetisk entropi?

Efter publiceringen av den banbrytande boken Genetic Entropy and the Mystery of the Genome av Dr John Sanford har man bett oss att lämna mera information om denna stora utmaning för evolutionsteorin. Den centrala delen av Sanfords argument är att mutationer (stavfel i DNA) ackumuleras så snabbt i vissa organismer (speciellt människor) att det naturliga urvalet inte kan förhindra en funktionell nedbrytning av genomet - än mindre driva en evolutionär process som förvandlar apor till människor.

En enkel liknelse skulle kunna vara en bil som långsamt rostar sönder. Varje liten bit av rost (motsvarande en enpunktsmutation i en organism) är i det närmaste betydelselös. Men om rostandet inte stoppas förstörs så småningom bilen. En bättre liknelse skulle skulle kunna vara att en tänkt kopia av Encyclopedia Britannica ligger på en dator och blir utsatt för ett virus som under hand byter ut, flyttar, tar bort eller inverterar bokstäverna på ett slumpmässigt sätt. För ett tag skulle man inte märka så mycket men efter hand slulle texten bli bemängd med allt flera fel. Till slut skulle den bestå av rena rotvälskan. Inom biologin kallas detta för 'genetisk härdsmälta.'

sxc.hu/schulergd

I samband med sin reproduktion framställer organismer en kopia av sitt DNA och överför denna till avkomman. Emellanåt inträffar misstag, varför den påföljande generationen inte får någon helt perfekt kopia. Kopieringsfelen kallas mutationer. De flesta människor tror att "det naturliga urvalet" kan göra sig av med dessa skadliga mutationer genom att eliminera de individer som bär på dem. Men när man definierar begreppet ’naturligt urval’ korrekt betyder det bara att det förekommer så kallad differentiell reproduktion. Vissa organismer ger mer avkomma än andra. Detta beror på den mängd mutationer de bär på samt den miljö de lever i. Alla mutationer har heller inte någon påvisbar inverkan på reproduktionsgraden. Mutationer som inte är ’tillräckligt dåliga’ kan inte upptäckas av urvalet och då heller inte elimineras. Det innebär att mutationerna blir kvar och acckumuleras. Detta kallas ’genetisk entropi’, vilket innebär att varje ny generation får bära alla mutationer från tidigare generationer plus sina egna. Med tiden byggs det upp ett tillstånd då dessa, var och en för sig föga skadliga mutationer, tillsammans börjar påverka reproduktionsförmågan. Den nedåtgående spiralen kan inte hejdas, eftersom varje individ möter samma problem: Att det naturliga urvalet inte kan välja mellan ’anpassat’ och ’mindre anpassat’ - när varje individ i stort sett är lika mycket muterad. Populationen drabbas av allt fler sjukdomar och dör så småningom ut. Det går inte att hejda.

Dr Sanford hävdar att det är omöjligt att människor skulle kunna ha finnats till i tiotusentals år (för att inte tala om i miljontals eller miljardtals år, om man ska ta med våra påstådda evolutionära förfäder.) Med nuvarande mutationstakt och det antal generationer som passerat, skulle vi nämligen ha dött ut för länge sedan.

Genetisk entropi hos bakterier

Emellanåt ber man oss förklara varför det fortfarande finns bakterier, om nu genetisk entropi (GE) förekommer. När allt kommer omkring, menar man, har bakterier väldigt hög reproduktionstakt. Vissa bakterier kan föröka sig var tjugonde minut och får på så sätt många flera mutationer på en dag än vad människan kan få på hundra år. Och bakterier är mycket enklare organismer än människor, så det borde ta mindre tid att bryta ner deras genetiska instruktionsuppsättning. Varför är de då inte utdöda för länge sedan?

Frågan kan besvaras på flera sätt. För det första är idén om GE utvecklad av populationsgenetiker som arbetar med sådana högre genom som finns hos mer komplexa organismer och som har lägre reproduktionstakt. Den stora gåtan är här hur det kan komma sig att människan inte redan dött ut - om vi har funnits i många tiotusentals år som evolutionisterna hävdar.1 I en komplex organism, med hög mutationsfrekvens och låg reproduktionstakt, blir det mycket svårt för det naturliga urvalet att avlägsna skadliga mutationer från populationen. I eukaryoter (som är mera komplexa än bakterier) blir ’måltavlan’ för mutationer mycket större – det finns mycket mera som kan gå sönder i alla sinnrika cellmaskiner.2

sxc.hu/svilen001

Å andra sidan så får ofta ändringar i enklare genom en mera djupgående effekt. Ändras en bokstav bland de 3 miljarderna hos människan märks antagligen inget. Men genomet hos exempelvis E. coli är 1000 gånger mindre än det hos människan. Bakterier är också mer specialiserade och utför färre funktioner. Detta betyder att det är mycket troligare att en bokstavsändring då ’upptäcks’ av det naturliga urvalet. Det vill säga att sannolikheten är hög att även en liten förändring får tillräckligt stor effekt för att göra skillnad i antalet individer med och utan egenskapen bara några generationer senare.

Det är också viktigt att notera att det händer flera saker samtidigt. Man måste ta hänsyn till en kombination av faktorer för att förstå varför bakterier är fortfarande finns hos oss idag. Låt oss använda en illustration. Bakterier är som cyklar. Människor är som sportbilar. En del ändringar kan man göra utan att någondera går sönder. Men det finns färre komponenter i en cykel så det är troligare att en modifiering där resulterar i en oanvändbar cykel. De måste ha två hjul, en styrstång, ram och kedja. Det finns inte mycket du ta bort eller ha sönder utan att cykeln blir oanvändbar. Bilar, å andra sidan, behöver inte ha tak, vindruta, eller strålkastare. Du kanske inte kommer i tid till jobbet men bilen går fortfarande att köra.

Men varför existerar det bakterier om det är så stor sannolikhet att deras celler dödas eller skadas av mutationer?

För det första så drabbas även bakterier av GE. Det är faktiskt det som gör att de så snabbt kan specialisera sig.3 Många har blivit resistenta mot antibiotika4 och åtminstone en sort har lyckats tillägna sig förmågan att spjälka syntetiskt nylon.5 Detta blir bara möjligt genom att de ’gör genetiska experiment.’ Vanligen via mutationer, men också genom byta hela funktionsblock med andra arter. Ett större antal mutationer plus många generationer skapar många tillfällen till massor av ’genetiska experiment.’ I själva verket har vi många exempel, bland annat de som just nämnts, där ett alldeles utmärkt fungerande system bryts sönder för att en tillåta en ny egenskap att utvecklas.6 Nyligen upptäcktes det också att oceaniska bakterier tenderar att förlora gener för viktiga funktioner så länge som det finns andra bakteriearter i området. Här har vi ett exempel på att flera arter kan förlora funktionella gener men ändå överleva genom andra arters utsöndringar.7 Eftersom de här förändringarna är enkelriktade och i nerförsbacke så är detta en annan form av GE.

Lägre mutationsfrekvens

Ett annat skäl till varför bakterier fortfarande finns är att de har en lägre total mutationsfrekvens. Hos E. coli har den uppskattats till cirka 10–10eller en mutation för varje 10 miljarder bokstäver som kopieras.8 Om man jämför detta med storleken på genomet hos E. coli (cirka 4,2 millioner bokstäver) ser man att är sällsynt med mutationer om man räknar per cell. Jämför man detta med den beräknade andelen mutationer per nyfödd baby (cirka 100 mutationer per barn2) börjar man se problemet. När det gäller bakterier finns det nästan alltid icke-muterade individer i omlopp – som gör det möjligt för arten att överleva. Samtidigt finns det alltid också muterade bakterier närvarande. Genom dem kan arten utforska nya ekologiska nischer (även om de flesta kända exemplen har uppstått på bekostnad av den långsiktiga överlevnaden).

En otrolig tillväxttakt

Bakterierna har en fantastisk förmåga att föröka sig, En art som E. coli omsätts så snabbt att hela världspopulationen byts ut på kanske en timme. Billioner sinom billioner dör varje timme. Här har vi ett system där det naturliga urvalet faktiskt skulle kunna stoppa sönderfallet. Varför? De flesta mutationerna ger en liten nackdel och avlägsnas genom den differentiella reproduktionen om man ger den tillräckligt med tid – och i det här fallet mäts tid i antal generationer.

Efter en populationskrasch kan de på mycket kort tid ersätta sig själva. Detta är huvudanledningen till varför de inte dör ut. Exponeras de exempelvis för antibiotika kan några få resistenta individer växa till en stor population - även om 99,99% av de ursprungliga dött. När man sedan tar bort antibiotikan så förändras populationen tillbaks till icke-resistenta bakterier eftersom de resistenta har försämrad tillväxt. På mycket kort tid är hela populationen återställd till ursprungsläget. Så här kan inte människor göra. Det skulle ta tusentals av år för att ersätta 7 miljarder människor och när de överlevande tvingades att gifta sig med nära släktingar skulle inaveln ändå driva det hela till utrotning.9

Bakterier är många fler än människor

Man behöver också ta hänsyn till populationsstorleken. Hos bakterier förekommer det relativt konstanta populationer, som inte medger plats för flera individer. Detta skapar en väldig konkurrens. De flesta arvslinjer dör ut på sikt. När det är en sådan väldig konkurrens i stora populationer kan mutationer effektivt rensas bort genom differentiell reproduktion. Varje cell som har en smärre fördel över en annan kan efter ett antal generationer ta över.

Miljömässiga källor

Det är fullt möjligt att många bakteriearter genomgår betydande perioder av dvala. Bakterier som kommer ur sin dvala skulle kunna tjänstgöra som en fortlöpande källa med äldre och mindre muterade versioner. Också detta skulle kunna bromsa GE långsiktigt.

Mutationerna i prokaryota genomer kan inte gömma sig

Eukaryoter, såsom människor, ärver två kopior av varje kromosom - en från vardera föräldern.10 Om det finns en mutation på en mänsklig kromosom kan den ofta maskeras av en god kopia av den andra kromosomen. Detta påverkar möjligheten av differentiell reproduktion i förhållande till mutationsolikheter (t.ex. ’naturligt urval’) så att vår arts totala genetiska börda ökar. För bakterier gäller inte detta eftersom de förökar sig asexuellt och endast ärver DNA från ena föräldern.

Hur är det med andra snabbt reproducerande organismer?

Möss har genom som motsvarar det mänskliga i storlek men med kortare generationstid. Varför syns inga spår av GE hos dem? Det gör det faktiskt. Den vanliga husmusen, Mus musculus, har större genetisk mångfald än människor - med en hel del skillnader i kromosomerna mellan olika grupper. Så visst känner de av GE. Å andra sidan verkar de ha lägre mutationshastighet per generation. I kombination med mycket kortare generationstid och mycket större populationsstorlek ger detta, precis som hos bakterierna, goda möjligheter till att få mutationerna avlägsnade från populationen. Långlivade arter med låg tillväxt (som t.ex. människor) är de som är mest hotade, men de andra är inte immuna.

Slutsats

Det görs försök med evolutionära motargument till den grundläggande GE-hypotesen. De är svaga. Men syftet med den här artikeln är inte att ge ett helt uttömmande försvar för teorin. Vi nöjer oss med att säga att bakterierna är de livsformer som har största möjligheten att överleva effekterna av GE på lång sikt. Deras enklare genom, höga populationsstorlekar, korta generationstider och låg total mutationsfrekvens, gör att de har största möjligheten att överleva GE:s effekter. I samverkan gör dessa faktorer att bakterier är de organismer som har den har största motståndskraften mot utrotning. Bland alla jordens livsformer har bakterierna den största möjligheten att överleva GE:s effekter. De kan inte kan klara sig för alltid, och i slutändan kommer de att brännas upp tillsammans med allt annat när Kristus återvänder.

Referenser

  1. Kondrashov, A., Contamination of the genome by very slightly deleterious mutations: why have we not died 100 times over?, Journal of Theoretical Biology 175:583–594, 1995. Åter till text.
  2. Lynch, M., Rate, molecular spectrum, and consequences of human mutation, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA) 107(3):961–968, 2010. Åter till text.
  3. C.f., Sniegowski, P.D., Gerrish, P.J., Lenski, R.E., Evolution of high mutation rates in experimental populations of E. coli, Nature 387:703–704. Åter till text.
  4. Bergman, J., Does the acquisition of antibiotic and pesticide resistance provide evidence for evolution?, Journal of Creation17(1):26–32, 2003. Åter till text.
  5. Batten, D., The adaptation of bacteria to feeding on nylon waste, Journal of Creation 17(3):3–5, 2003; creation.com/the-adaptation-of-bacteria-to-feeding-on-nylon-waste. See also the comment on “nylonase” below this article: creation.com/question-evolution. Åter till text.
  6. See our Q&A pages on mutations and natural selection. Åter till text.
  7. Morris, J.J., Lenski, R.E., Zinser, E.R., The Black Queen Hypothesis: evolution of dependencies through adaptive gene loss, mBio 3(2):e00036–12, 2012. Åter till text.
  8. Tago, Y., Imai, M., Ihara, M., Atofuji, H., Nagata, Y., and Yamamoto, K., Escherichia coli mutator Delta polA is defective in base mismatch correction: The nature of in vivo DNA replication errors, Journal of Molecular Biology 351:299–308, 2005. Åter till text.
  9. Detta skulle inte ha varit något problem för den population som levde strax efter Noas Flod. Eftersom de bara var omkring 10 generationer bort från Adam hade de ännu inte hunnit få alla de förstörande mutationer som vi bär på idag. Åter till text.
  10. Undantag från detta är röda blodceller, som inte har kärna, och leverceller som ofta har extrakopior av många kromosomer. Åter till text.

Helpful Resources

Genetic Entropy
by Dr John Sanford
US $25.00
Soft Cover
World Winding Down
by Carl Wieland
US $7.00
eReader (.epub)
World Winding Down
by Carl Wieland
US $7.00
Kindle (.mobi)
World Winding Down
by Carl Wieland
US $12.00
Soft Cover