Also Available in:

Nasljeđivanje bioloških informacija – 1. dio: priroda nasljeđivanja i informacije

napisao
preveo Mladen Čirjak

Kreacionisti moraju razmotriti svoje shvaćanje nasljeđivanja. Trenutno sekularno viđenje temelji se na neadekvatnoj Mendel-ovoj (genetskoj) paradigmi i neodgovarajućoj statističkoj teoriji informacija. Potrebno je da novo shvaćanje bude utemeljeno na biblijskom stvaranju i multidimenzionalnoj teoriji informacija Werner-a Gitt-a. Ključan element u multidimenzionalnoj teoriji je apobetika (svrha, posebice namjera Stvoritelja), što objašnjava neuspjeh darvinista da se suoče s realnosti biološke informacije, budući da odbacuju ideju svrhe. Dvije različite svrhe mogu se identificirati u biblijskom viđenju biologije – stalnost (eng. stasis) stvorenih vrsta, te varijacije unutar vrsta. Iz tog razloga moramo razmotriti dva slična tipa informacijskih struktura - jedan koji objašnjava stalnost i jedan koji objašnjava varijacije. Stanica može biti osnovna jedinica nasljeđivanja koja osigurava stalnost, jer se njen ekstra-nuklearni sadržaj, s generacije roditelja na generaciju potomaka, prenosi nepromijenjen. Kodirana informacija na kromosomima također je snažno očuvana, no ona uz to omogućuje kontrolirane varijacije unutar stvorene vrste. Možda nova znanost semiotika ponudi korisne alate za primjenu multidimenzionalnog pristupa biološkim informacijama.


Priroda nasljeđivanja

 The five dimensions of biological information. Statistics concerns the states of the four bases, semantics concerns the meaning of codons, syntax concerns the order of codons and the stop and start positions, pragmatics concerns the function of proteins, and apobetics concerns the purpose of the genetic code
Pet dimenzija biološke informacije. Statistika se odnosi na stanja četiriju baza, semantika se odnosi na značenje kodona, sintaksa na redoslijed kodona, te početne i krajnje pozicije, pragmatika se odnosi na funkciju proteina, a svrha na cilj genetskog koda.

Trenutno shvaćanje nasljeđivanja koje se podučava u školama i na fakultetima je Mendel-ovo. Darwin je zamišljao da se nasljeđivanje događa miješanjem osobina obaju roditelja, no Mendel je pokazao da je nasljeđivanje čestično – da se prenosi diskretnim česticama u diskretnom stanju. Te čestice postale su poznate kao geni, a za njih se kasnije ustanovilo da su to kodirani segmenti molekula DNK koji čine kromosome unutar staničnih jezgri. Darvinisti danas gledaju na svo nasljeđivanje kao genetsko, a budući da se geni mogu mijenjati, manje-više, neograničeno, identificiraju to kao očit način objašnjavanja na koji je način sve evoluiralo iz nečeg drugog tijekom navodnih milijuna godina života na Zemlji.

No, Mendel-ov rad je samo objasnio stvari koje se mijenjaju tijekom nasljeđivanja, ne i stvari koje ostaju nepromijenjene. Primjerice, on je koristio varijacije graška koje su imale okrugle ili naborane, zelene ili žute sjemenke. Uzeo je zdravo za gotovo, te zbog toga previdio, činjenicu da grašak stvara grašak. Darvinisti i danas ostaju slijepi na tu činjenicu, te inzistiraju da će grašak u konačnici stvoriti nešto drugo ako se dozvoli dovoljno vremena. Svakako postoji enormna raznolikost kod svih oblika života, a ipak svi naši eksperimenti s uzgojem biljaka i životinja i dalje pokazuju iste rezultate – grašak stvara grašak, psi pse, a ljudi stvaraju ljude. Taj rezultat nije u skladu s darvinističkim očekivanjima, ali je u skladu s prvim poglavljem Postanka, u kojem Bog stvara organizme koji se razmnožavaju 'prema svojim vrstama'.

Nažalost, kreacionisti danas i dalje ne odustaju od svog razmišljanja na temu nasljeđivanja u Mendel-ovim okvirima. Vrijeme ja da razvijemo teoriju nasljeđivanja u skladu s Biblijom, a ovaj članak (u tri dijela) je pokušaj da se postave neki principi potrebni za takvu teoriju. Ovdje, u prvom dijelu, razmatrat će se nasljeđivanje i informacija, naglašavajući 5-dimenzionalnu Gitt-ovu teoriju informacije. U drugom dijelu Part II, 'izazov informacije’ (odakle je potekla informacija u 'od sluzi do tebe' evoluciji?) bit će preformuliran prema Gitt-ovoj teoriji informacija. U trećem dijelu Part III ispitat će se, kroz biblijske principe, biološki mehanizmi za kontrolu prijenosa i promjene informacija.

Statične i varijabilne strukture nasljeđivanja

Da je nasljeđivanje u potpunosti Mendel-ovsko, to bi zaista favoriziralo darvinistički model jer, barem u principu, bilo koji i svaki dio kromosoma se može kidati i mijenjati, te bi varijacije trebale biti neograničene. Klauzula 'u principu' je važna jer u praksi djeluju i unutarnja i vanjska ograničenja. Jedno vanjsko ograničenje je npr. opstanak organizma, što zahtijeva praktična ograničenja broja promjena kaje se mogu dogoditi u bilo kojoj generaciji. Jedno unutarnje ograničenje je to da će učinjeni izbori u bilo kojoj fazi procesa selekcije isključiti izbrisane opcije za kasnije faze u toj liniji. Nadalje, dva spola moraju biti genetski kompatibilna za reprodukciju kako bi promjene prenijeli na slijedeću generaciju.

No, ovaj argument dovodi do paradoksa – kromosomi su potencijalno neograničeno varijabilni, dok organizmi nisu neograničeno varijabilni. Radi li se ovdje samo o praktičnom ograničenju, kao što darvinisti tvrde, ili je na djelu nešto fundamentalnije? Da li je moguće da kromosomi nisu jedine odrednice nasljeđivanja?

Citoplazmatsko nasljeđivanje1 je sada dobro dokumentirano. Organele poput mitohondrija, kloroplasta i centriola posjeduju svoju DNK koja se prenosi izravno na slijedeću generaciju u citoplazmi majčine jajne stanice, neovisno o kromosomskoj DNK. No, ovaj vid nasljeđivanja je i dalje čestičan, kodiran i Mendel-ovski. Postoji i drugi vid nasljeđivanja koji je značajno drugačiji – strukturno nasljeđivanje.

Žive stanice su izvanredno složene u svojoj strukturnoj u funkcijskoj organizaciji, kao što o tome svjedoče današnji udžbenici iz biologije.2 Međutim, što više izučavamo stanice, tim više otkrivamo njihovu složenost. Čini se da nema kraja njihovom zapanjujuće složenom dizajnu. Ne samo da su kompleksne, već su i zapanjujuće brze i precizne u onome što rade. Enzim ugljikova anhidraza je, primjerice, u stanju razložiti molekulu ugljikove kiseline u manje od 2 milijuntinke sekunde. Tako brze kemijske reakcije moraju biti precizno vođene i integrirane s ostalim reakcijama stanice, u protivnom one će jednako brzo poći po zlu i izazvati pustoš unutar stanice. Fatalne bolesti kao što su progeria i Tay-sachsova bolest mogu nastati zbog ne više od jedne greške u strukturi samo jednog tipa molekule. Nije svaka molekula u tolikoj mjeri netolerantna na greške, no činjenica da neke jesu znači da stanice ne samo da mogu izbjeći greške, već i da ih obično mogu ispravljati, kada do njih dođe, sa 100%-tnom preciznosti.

Tako brza i precizna biokemija na sub-mikroskopskom nivou zahtijeva čudesnu mrežu majušnih transportnih, komunikacijskih i kontrolnih sustava, inače bi kemijski kaos proizveo mnoštvo nepoželjnih (i kobnih) međusobnih reakcija. Sve te strukture sadržane su u jajnoj stanici majke, te se prenose u cijelosti na sve stanice cjelokupnog potomstva.

Kao rezultat, brza i precizna biokemija majčine stanice se nastavlja odvijati unutar stanica potomstva bez ikakvih interferencija zbog mutacija ili rekombinacija koje su se mogle dogoditi u kromosomima.

U slučaju da su se u kromosomima dogodile mutacije ili rekombinacije koje bi izmijenile ponašanje organizma potomka u odnosu na njegova pretka, tada će takvi efekti doći do izražaja tijekom kasnijeg razvoja potomstva jer stanice koriste nuklearne informacije za upravljanje razvojem i ponašanjem novog organizma.

Na većinu tih struktura se biolozi ne obaziru. Do nedavno se smatralo da se stanične komponente pasivno prenose sa stanice roditelja na stanicu kćer tijekom stanične diobe, nošene mehanizmima stanične diobe koji dupliciraju i razdvajaju kromosome u stanice kćeri. [Komentar prevoditelja: konvencijom se u biologiji stanica roditelj naziva 'stanica majka' a dvije stanice koje nastaju njenom diobom se nazivaju 'stanice kćeri'. Ova je konvencija važna jer 'stanica otac' (spermij ili polen) predaje samo svoje kromosome, ona ne predaje svoj stanični sadržaj i strukturu.] Međutim, 1999, Yaffe3 je ustanovio da postoji kompleks staničnih strojeva povezanih s citoskeletom koji koordinira raspodjelu i kretanje mitohondrija u cijeloj stanici. Razvoj mikroskopije u novije vrijeme omogućio je promatranje tih strukturnih komponenti i njihovih kretanja unutar živih stanica.4 Ako su mitohondriji zbrinuti na takav način, tada su očito i druge stanične komponente jednako dobro zbrinute kada je riječ o staničnoj diobi. Organele poput mitohondrija, peroksisoma, itd., se zatim podijele i proliferiraju u stanicu kćer, još jednom neovisno o replikaciji koja nastaje u jezgri i u cijeloj stanici.

Mutacije se mogu dogoditi u DNK mitohondrija, te se to koristilo u praćenju linija predaka kod ljudi i drugih vrsta, pod pretpostavkom da se rekombinacije ne događaju u mtDNK. Međutim, nedavno otkriće da se rekombinacije također događaju i u mitohondrijima dovodi studije tog tipa u pitanje.5 Takva istraživanja pokazuju da nasljeđivanje nadilazi kromosome nukleusa, ali ipak zanemaruje mikrostrukturu stanice koja je tako bitna za odvijanje tih procesa.

Stanično nasljeđivanje

Na gene se više ne može gledati kako na jedini uzrok biološkog nasljeđivanja jer sada znamo da kontrola nad njihovim ispoljavanjem (tj. njihovo uključivanje i isključivanje prema potrebi, te tempiranje tih događaja) dolazi od epigenetskih mehanizama aktivnih unutar stanice.6 Ovo sugerira da DNK jednostavno predstavlja 'knjižnicu' informacija, a uporabom informacija ne upravljaju sami geni već stanica.

Ako stanica, a ne geni, kontrolira nasljeđivanje, tada određena opažanja koja zbunjuju darviniste postaju objašnjiva. Primjerice, australski kamenjarski valabi (Petrogale xanthopus) pokazuju nevjerojatan raspon kromosomskih aberacija, a ipak sve unutar grupe vrsta koje su toliko slične jedna drugoj da ih većina ljudi ne razlikuje.7 Kromosomi su grubo izmiješani, ipak, stanica je i dalje u stanju izvući podatke koji su joj potrebni da preživi. Da su geni vodili kontrolu tijekom takvih procesa miješanja, darvinisti bi očekivali da bi to trajalo nekih sto milijuna godina, no dokazi upućuju na prilično nedavnu divergenciju tih vrsta.

Sličan primjer stanične stabilnosti usprkos izmjene genoma je konstantno vidljiv u bakterija. Ustanovljeno je da se nove sekvence gena konstantno unose u stanice bakterija i ugrađuju u njihov genom.8 Genom bakterije se, međutim, ne povećava jer i on ima komplementarnu metodu za odstranjivanje neželjenih ili nekorisnih sekvenci. Rezultat je taj da bakterija kontinuirano 'ispituje' svoje genetsko okruženje, traži nove nizove gena koji bi mogli biti korisni u svijetu koji se oko nje stalno mijenja. Kroz sve te promjene, bakterija zadržava svoj integritet kao bakterija. Primjerice, izučavanjem bakterije Escherichia coli kroz 10,000 generacija ustanovljeno je da je na kraju 'gotovo svaka jedinka posjedovala drugačiji genetski otisak', a ipak su ostale Escherichia coli.9 Ova opažanja možemo objasniti samo ako je stanica ta koje vrši kontrolu.

Još jedan dokaz dolazi iz građe stanice. Kada su, primjerice, u trepetljikaša stanične membrane transplantirane uz pomoć mikrokirurgije, naslijeđen je membranski uzorak iako DNK nije promjenjena.10 Ovo pruža izravan dokaz nasljeđivanja građe stanice iz građe stanice.

Ilustracija toga kako građa stanice i DNK međusobno djeluju pružaju organele zvane 'peroksisomi', koji detoksiciraju stanice razlažući vodikov peroksid. Peroksisomi se sami repliciraju pomoću binarne fisije, te se kao i sve druge organele, prenose izravno sa stanice majke na stanicu kćer u citosolu. Određene kromosomske mutacije potiskuju razvoj peroksisoma, te se smatralo da takve mutirane stanice uopće ne sadrže peroksisom. Daljnja istraživanja, međutim, pokazuju da je strukturni ostatak peroksisoma i dalje prisutan, te je naslijeđen, a i da može biti obnovljen u kasnijim generacijama preokretanjem kromosomske mutacije.11 Prema tome, čini se da stanica prenosi strukturne komponente na koje geni kooperativno djeluju kako bi se reproducirala građa zrele stanice kćeri.

Ovdje, dakle, imamo očit izvor fiksnih informacija koje održavaju integritet stvorenog potomstva. Kada se događa reprodukcija, nisu samo kromosomi ti koji se prenose na potomstvo, već cijele stanice – zajedno s staničnom stjenkom, citoplazmom, organelama, te detaljnim i opsežnim transportnim i komunikacijskim mrežama koje povezuju stanice iznutra i izvana. Ove se stvari prenose neovisno o genetskom miješanju koji se odvija na kromosomima. Stoga je biološki moguće (i možda zasljepljujuće očigledno) identificirati stanicu kao jedinicu nasljeđivanja, a ne kromosome. Budući da izgleda kako se stanice iz generacije roditelja u generaciju potomstva ne mijenjaju, ovo bi moglo objasniti zašto se organizmi 'razmnožavaju prema svojim vrstama', te nisu neograničeno varijabilni kao što darvinisti pretpostavljaju.

Priroda informacije

Nasljeđivanje se dešava prijenosom informacije s generacije roditelja na generaciju potomaka. Budući da je genetske informacije (tj. one kodirane unutar molekule DNK) jednostavno površno shvatiti, one su dominirale znanstvenim razmišljanjima o nasljeđivanju. Ipak, koncept informacije je prilično složen i ta složenost je ograničavala sposobnost kreacionista da se odmaknu od Mendel-ova kalupa.

Teorija informacija nastala je kao disciplina 1948. godine objavom rada Claude Shannon-a, pod nazivom Matematička Teorija Komunikacije.12 On je radio na elektronskoj komunikaciji (radio, televizija, telefon), te je morao stvoriti visok omjer signala i smetnji koji bi osigurao preciznu transmisiju poruka. Iako je priznavao da poruke 'često imaju značenje', tvrdio je 'Ovi semantički aspekti komunikacije su inženjerskom problemu nebitni'. On je informacije kvantificirao statistički, u smislu svih mogućih načina na koje se mogu razmjestiti simboli koji nose poruku.

Još jedan način kvantificiranja informacije naziva se algoritamska teorija informacije. U ovom pogledu, sadržaj informacije bilo kojeg objekta je definiran kao najkraći binarni računalni program koji bi ju adekvatno opisao. U jednom od pionirskih radova na ovom polju, Georgy Chaitin je tvrdio da je ta metoda teoretski sposobna opisati biološke sustave, no također je priznavao njena praktična ograničenja: 'Mi ne možemo izvršiti te zadatke [tj. biološke opise] računalom jer su za nas previše složeni – program bi bio predug.’13 Biolog i kreacionist Lee Spetner primijenio je algoritamski pristup na specifičnost enzimima kako bi ustanovio mogu li mutacije stvoriti nove informacije.14 I dok je on zaključio da to nije moguće, drugi su tvrdili da rigoroznija primjena te metode pokazuje suprotan rezultat, da mutacije mogu stvoriti nove informacije.15 To ilustrira potencijalnu kompleksnost argumenata informacije.

Teoretičar inteligentnog dizajna William Dembski opisao je svoj rad na složenim specifičnim informacijama kao teoriju informacija koja se razlikuje od prethodne dvije.16 On definira informaciju u njenom najopćenitijem smislu kao 'aktualizaciju jedne mogućnosti do isključenja drugih', te tvrdi da 'ova definicija obuhvaća i sintaktičke i semantičke informacije'. On stoga tretira informaciju kao multidimenzionalan entitet, ne samo jedno-dimenzionalan entitet kao što to čine Shannon i Chaitin. Njegova prva dimenzija je statistička – on definira složeno kao 'nevjerojatan raspored elemenata'. Potom uključuje dimenzije sintakse (pravila) i semantike (simboličke asocijacije ili značenja) kada definira specifične kao 'u skladu s unaprijed određenim uzorkom'. No Dembski tu staje. Stručnjak za informacije Werner Gitt pokazuje da informacija zapravo ima pet dimenzija.17

Gitt-ova teorija informacije

U svojoj knjizi In the Beginning was Information, Gitt nije primijenio svoju analizu na biologiju, pa ću ju ja ovdje objasniti tako što ću istu primijeniti na biološku informaciju i na informaciju kako je izražena u engleskom jeziku. Genetski kod čine četiri baze (genetska abeceda) od kojih se formiraju tro-slovne genetske riječi. Te četiri baze su guanin (G), adenin (A), citozin (C) i uracil (U).18 Četiri baze u grupama po tri daju 64 moguće troslovne genetske riječi (nema jednoslovnih, dvoslovnih ili četveroslovnih genetskih riječi). Postoji dvadeset aminokiselina, a svaki troslovni 'kodon' (riječ) predstavlja jednu aminokiselinu ili znakove 'stop' ili 'start'. Nekoliko različitih kodona može predstavljati istu aminokiselinu (budući da je 64 više od 20), no svaki kodon predstavlja samo jednu aminokiselinu. Primjerice, GCA, GCC, GCG i GCU predstavljaju alanin, a UAA, UAG i UGA predstavljaju znak 'stop', ali jedino AUG predstavlja metionin.

Razmotrimo sada neke troslovne engleske riječi radi usporedbe. Cat (mačka), mat (otirač), bat (šišmiš), hat (šešir), fly (muha) i sky (nebo) su troslovne engleske riječi koje nose približno sličan statistički sadržaj informacije Shannon-ovog tipa. Ipak, svi znamo da ove riječi nose puno više informacije od samo statističkih svojstava njihovih slovnih frekvencija. Najočitija dodatna dimenzija je njihov semantički sadržaj. 'Cat' predstavlja dlakavog, četveronožnog sisavca, 'bat' predstavlja letećeg sisavca, 'hat' je predmet za stvaranje sjene koji se stavlja na glavu, itd. Paralelno tome, genetski kodoni UUU i CGA također posjeduju semantički sadržaj – prvi predstavlja aminokiselinu fenilalanin, a potonji predstavlja arginin.

Iduća dimenzija informacije je sintaksa – značaj pozicije ili pravila razmještanja riječi. Rečenica na engleskom jeziku ''A bat can fly in the sky (Šišmiš može letjeti po nebu)' ima smisao, no 'The sky can fly in a bat (Nebu može letjeti po šišmiš)' ga nema. Slično tome, sintaksa je komponenta smisla genetskih riječi. Npr. ispravan niz aminokiselina u enzimu heksosaminidaza A može proizvesti zdravo dijete, ali jedna greška u tom nizu može stvoriti dijete s fatalnom Tay-sachsovom bolesti.

Četvrta dimenzija informacije je pragmatika – praktična funkcionalnost riječi. Primjerice, 'šišmiš može letjeti po nebu' je izjava o sposobnosti šišmiša. Ona bi mogla imati praktičnu aplikaciju u nekoj knjizi za djecu, kao što je, podučiti djecu o svijetu oko njih. Informacija uvijek ima neku praktičnu primjenu; ona ne lebdi naokolo po zraku čekajući da se negdje skrasi i dobije smisao. Jednako tako, niz aminokiselina u heksosaminidazi A ima praktičnu funkciju u sprečavanju abnormalnog nakupljanja masnih tvari u moždanim stanicama čovjeka.

Peta dimenzija informacije je apobetika (teleologija ili teleonomija) – svrha za koju je određena rečenica stvorena. U slučaju knjige za djecu spomenute ranije, svrha je da roditelji žele da djeca nauče o svijetu oko njih kako bi postali dobri građani (a možda se i brinuli o svojim roditeljima u njihovoj starosti). U slučaju niza aminokiselina u heksosaminidazi A, svrha je stvaranje čovjeka koji može obožavati Boga i imati potomke. Neuspjeh u ostvarivanju te svrhe dovest će do začepljenja moždanih stanica masnim gangliozidnim molekulama, posljedične degeneracije mozga i smrti u ranom djetinjstvu.

Vidimo da Shannon-ov statistički pristup informacijama zanemaruje sve četiri 'dodatne' dimenzije informacija. Razlog je prilično jednostavan – Shannon-a je izvorno zanimalo kvantificiranje koncepta informacije, a ne postoji jednostavan način kvantificiranja semantike, statistike, pragmatike ili svrhe. Oni nisu manje stvarni, međutim, te je to izazov s kojim se susreću kreacionisti. Ne možemo jednostavno reći, kao što je to učinio Shannon, 'semantički aspekti komunikacije nisu važni za inženjerski problem'. Oni nipošto nisu nevažni za biološki problem.

Više dimenzije bioloških informacija

Pedeset godina molekularne biologije dovelo je do enormnog napretka znanja, ali nećete pronaći diskusije o 'dodatnim' dimenzijama bioloških informacija u niti jednom standardnom udžbeniku biologije. Nema sumnje, napredak bi se mogao nastaviti bez da se ta tema ikada razmotri. No, niti jedan biološki realističan svjetonazor ne može se razviti bez razmatranja ovog pitanja, jer tu pronalazimo 'značenje', 'red', 'praktičnu aplikaciju' i 'svrhu'. Kako bi uklopili te dodatne dimenzije u naše shvaćanje biologije, prvo moramo o njima znati više.

Semantika

Bit semantike je simbolizam. Engleska riječ 'cat' (mačka) nema statističku, abecednu ili biološku vezu s dlakavim sisavcem na kojeg se odnosi. Veza je potpuno proizvoljna. Ekvivalentne (i drugačije) riječi u ruskom, kineskom i arapskom jeziku u potpunosti zadovoljavaju namjeravanu svrhu kao i engleska riječ. Engleski govornici su u jednom trenutku u povijesti odlučili koristiti riječ 'cat', a mi ju po konvenciji nastavljamo upotrebljavati kako bi održali učinkovitu komunikaciju. U svakom jeziku, veza između dlakavog sisavca i riječi koja ga predstavlja je čisto simbolična. Simbolizam je aktivnost uma, te nema fizikalno-kemijske osnove u biologiji. Čovjek koji govori više jezika može o mački govoriti na više različitih jezika, a ipak reći točno istu stvar koristeći različite simbole. Um – i više ništa – stvara vezu između riječi i objekata koje one simboliziraju.

U genetskom kodu, veza između UUU i fenilalanina također je simbolička. Ne postoji fizikalno-kemijski ili biološki razlog zbog kojega UUU ne bi moglo predstavljati glicin, lizin ili serin, a ne fenilalanin. U nekom trenutku, 'netko' je odlučio i odredio da će UUU predstavljati fenilalanin. Kako bi se održala efektivna komunikacija između roditeljskih stanica i stanica potomaka, ta odluka se striktno provodi do danas. Iako, u nekih mikroba i mitohondrija, postoje neke varijacije od standardnog koda simbolizam se striktno održava unutar svake od takvih linija. Zaista, male varijacije u kodu naglašavaju čisto arbitrarnu prirodu veze između kodona i aminokiselina – simboli se mogu promijeniti!

Budući da se semantika zasniva na simbolizmu, a simbolizam je mentalna veza između objekta i simbola, ovo može objasniti zašto su evolucijski biolozi ignorirali temu 'dodatnih' nivoa koji postoje u biološkim informacijama. Oni ne žele dozvoliti ulazak bilo kakvog takvog antropomorfizma (ili gore) u svoju naturalističku biologiju.

A parallel can be drawn between information

Sintaksa

Bit sintakse je struktura. Kao šti je ranije rečeno, engleska rečenica ''A bat can fly in the sky (Šišmiš može letjeti po nebu)' ima značenje, no 'The sky can fly in a bat (Nebu može letjeti po šišmiš)' ga nema. Redoslijed riječi je u engleskom krucijalan za značenje. Ipak, pravila engleske sintakse su proizvoljna – pravila su drugačija u drugim jezicima. U grčkom, primjerice, redoslijed riječi se može zamijeniti bez da se mijenja značenje, no drugačiji redoslijed riječi će rezultirati drugačijim naglašavanjem istog značenja.

Sintaksa u genetskom kodu je poput engleskog jezika gdje je redoslijed riječi bitan za značenje. Jedan od najmanjih biološki korisnih enzima je inzulin. Sačinjava ka 51 aminokiselina. Postoji 2051 = 1066 načina da se u lanac rasporedi 51 aminokiselina, no samo je malen broj njih biološki koristan. Primjerice, kravlji inzulin razlikuje se od inzulina čovjeka na samo dva mjesta, a svinjski inzulin na samo jednom mjestu. Čak je i riblji inzulin dovoljno sličan inzulinu čovjeka da bi u ljudi bio efektivan. Heksosaminidaza A je molekula prosječne veličine, te se sastoji od 529 aminokiselina. Postoji 20529 = 10688 različitih načina da se razmjesti 529 aminokiselina u proteinskom palcu, ali samo jedna greška u tom nizu može biti dovoljna da prouzroči fatalnu Taysachsovu bolest. Drugi proteini mogu biti značajno veći – kao što je mišićni protein tinin, npr., sačinjen je od 27,000 aminokiselina. Broj pogrešnih načina na koji se aminokiseline ovog proteina mogu sastaviti je približno 2027,000 = 1035,127. Dakle, činjenica da su oni najčešće sastavljeni na potpuno ispravan način, te dopuštaju samo najmanje varijacije, svjedoči da su stanice izuzetno osjetljive na sintaksu u genetskom jeziku.

Pragmatika

Bit pragmatike je kontekst. Engleska rečenica ''A bat can fly in the sky (Šišmiš može letjeti po nebu)' nam govori nešto o sposobnostima malenog, dlakavog sisavca (može letjeti) i gdje može iskazivati tu svoju sposobnost (na nebu). No ta rečenica sama po sebi nema funkciju. Ona u potpunosti ovisi o kontekstu pisca engleskog govornog područja i/ili čitatelju kako bi postala funkcionalna. Njena funkcija je vjerojatno samo komponenta nekog većeg djela koje detaljnije opisuje šišmiše.

Jednako kao što je engleskoj rečenici potreban kontekst (pisac i/ili čitatelj) kako bi bila funkcionalna, tako je i funkcija molekule proteina potpuno ovisna o stanici. Život ne postoji izvan stanice. Neki mikrobi mogu imati akcelularne faze ali se vraćaju u pun komplement staničnog sadržaja i mehanizama, te im je potrebna stanična faza kako bi završili životni ciklus.

Biološka funkcija proteina ne proizlazi samo iz njegove sekvence aminokiselina, već iz njegova trodimenzionalnog oblika. Točan niz aminokiselina proteinskog lanca određuje način na koji se on može saviti u to trodimenzionalno stanje. Pogrešna aminokiselina na krivom mjestu može stvoriti 3D strukturu koje je izobličena, te ne uspijeva ostvariti potrebnu funkciju. Nadalje, drugi proteini, tzv. šaperoni, su potrebni za ispravno savijanje mnogih bjelančevina; tako, pomoću šaperona, aminokiselinska sekvenca generira samo ispravan oblik u kontekstu stanice. Štoviše, kontekst u kojem svaka molekula u stanici obavlja svoju funkciju je izraziti dinamičan – molekula se mora pojaviti u trenutku i na mjestu gdje je potrebna, te nestati kada više nije potrebna. Ako se, npr., heksosaminidaza A ne pojavi u pravom trenutku i na pravom mjestu i/ili ne funkcionira ispravno, tada će se masne gangliozidne molekule nakupljati u moždanim stanicama, uzrokujući njihovu degradaciju i smrt djeteta.

Apobetika

Bit apobetike je inverzna uzročnost – trenutni procesi se odvijaju zbog nekog budućeg cilja. Svi ljudski jezici imaju svrhu – komunikacija između pojedinaca. Veliki raspon drugih organizama (možda i svi organizmi) također komuniciraju na mnogo različitih načina, a svaki u tome ima svrhu, no samo ljudi koriste sintaktički jezik. Na primjer, bjelorepi jeleni komuniciraju opasnost podizanjem repa. Bljesak bijelog repa ima semantički sadržaj – to znači da je opasnost u blizini. Ali ne posjeduje sintaksu poput engleskog jezika, u kojem se 26 slova mogu spajati na različite načine radi formiranja stotina tisuća riječi koje potom mogu biti razmještene na neograničen broj načina u svrhu komuniciranja neograničenih različitih ideja i značenja. U daljnjem kontrastu, čovjekoliki majmuni mogu naučiti stotine simbola i komunicirati popriličan raspon semantičkih sadržaja, a njihova komunikacija također pokazuje pragmatički i apobetički sadržaj, ali nemaju sposobnost sintakse poput ljud.

Jezik DNK također ima svrhu. Embriologija bi bila neshvatljiva bez apobetike. Primjerice, velike, koščate ploče na leđima stegosaura nemaju praktičnu svrhu kod embrija, ipak, embrij stegosaura razvija te strukture. Razlog što to čini je radi benefita odraslih jedinki (trenutno se smatra da su ih odrasle jedinke koristile za regulaciju temperature). Cilj (korist za odraslu jedinku) određuje sredstvo (razvoj kod embrija). Ne-biološka uzročnost obično teče drugačije - uzrok prethodi efektu. Ali u biologiji, efekt (embrionalni razvoj) prethodi uzroku (potrebe odraslog organizma). Ova inverzna uzročnost je bit apobetike. U drugom dijelu Part II ovog rada, kada koristimo Gittovu teoriju za analizu promjenu informacija, naći ćemo da je apobetika glavna odrednica promjene informacija.

Primjena Gitt-ove teorije

Genetički inženjeri su ti, a ne darvinisti, koji koriste biološku informaciju u njenom punom kapacitetu. Oni su ti koji promatraju semantički sadržaj (tj. na koji se protein odnosi pojedini kodon), dok darvinistički filogenetičari jednostavno koriste opću sličnost između DNK nizova (bez obzira na semantički sadržaj) kako bi konstruirali filogenetska stabla. Genetički inženjeri su ti koji rade na sintaksi gena (tj. gdje se oni javljaju u kromosomima i koja je njihova veza sa susjednim i/ili unutarnjim ne-kodnim sekvencama). Oni su ti koji otkrivaju pragmatiku (tj. što to geni zaista rade), te su oni ti koji primjenjuju svoje znanje u nove svrhe (apobetika) kao što su genetska terapija i poboljšan rod usjeva. Takva analiza bioloških informacija je fatalna po darvinizam jer ono što darvinisti odbacuju kao 'privid dizajna' postaje u rukama genetičkih inženjera 'inteligentan dizajn'. Ipak, čak su i genetički inženjeri, čini se, uglavnom nesvjesni implikacija koje za inteligentan dizajn uključuje njihov rad.

No, činjenica da genetički inženjeri čine velik napredak bez stvaranja bilo kakve nove teorije informacije pokazuje koliko je teško shvatiti i primijeniti ove koncepte. Ipak, talijanski biolog Marcello Barbieri vjeruje da je pronašao način da se naputi "čisto statistička" perspektiva informacije pomoću onoga što on naziva semantičkom teorijom biologije.19 On tvrdi da ne možemo napredovati na ovom području dok ne pronađemo mehanički model iz kojeg možemo razviti matematički model, koji potom možemo upotrijebiti da integriramo i organiziramo informacije, te činimo eksperimentalno provjerljiva predviđanja.

Kao objašnjenje, Barbieri ističe mehaničke i matematičke modele koji su temelj Darwin-ove teorije. Darwin je razvio svoju teoriju prirodne selekcije objedinjujući eksperimentalne rezultate križanja biljaka i životinja (tj. organizmi se reproduciraju s malenim varijacijama koje se potom nasljeđuju) s Thomas Malthus-ovim modelom populacije (tj. populacije rastu eksponencijalno, uzrokujući nadmetanje za resurse). Barbieri potom koristi računalo kao mehanički model Mendel-ovog (genetičkog) pogleda na život. Računalo je sa svojim hardverom i softverom dobra analogija, pri čemu je stanica hardver, a genom softver. No, računala neprestano sama sebe ne popravljaju i ne razmnožavaju, kao što to čine stanice, pa to očito razotkriva nedostatnost genetičkog gledanja na život. Potrebno je nešto više.

Barbieri je spojio problem razvoja embrija (tj. na koji način se jedna stanica može razviti u nešto kompleksno poput stabla ili čovjeka?) s genijalnim matematičkim rješenjem koje je razvio za problem reproduciranja slika računalne tomografije iz nepotpunih podataka. Postoje analitička rješenja (to jest, izravna točna rješenja) problema računalne tomografije, no samo za nepraktično male količine podataka. Za stvarne (velike) količine podataka, potrebna je iterativna metoda. No, iterativan rad s potpunim tomografima je izuzetno spor i traži ogromne računalne memorije. Barbieri je otkrio da dodajući memorijsku matricu njegovoj matrici rezultata (tj. pamćenje važnih podataka iz prošlosti, a ne samo praćenje trenutno najbolje slike) može brzo konvergirati prema potrebnoj slici s tek 10% od potpunog komplementa tomografa.

Primjenjujući ovaj princip na razvoj embrija, Barbieri tvrdi da je razvoj od zigote do odrasle jedinke proces rekonstruiranja odraslog organizma iz nepotpunih početnih informacija (tj. samo onih koji su u zigoti). Njegov model predviđa postojanje biološke memorijskih matrica koje pomažu proces, te je u mogućnosti imenovati barem neke od njih. Primjerice, kada se stanice embrija diferenciraju, one ostaju različite do kraja života. Prema tome, negdje u stanici mora biti utisnuto sjećanje na diferencijaciju. Slično tome, doživotno se pamti lokacija svake stanice unutar nacrta organizma (i može se značajno preurediti tijekom metamorfoze insekta), pa negdje mora postojati memorija nacrta organizma. On također navodi i druge primjere.

Kako bi memorija bila funkcionalan dio nekog organizma (ili računala) mora postojati kod koji povezuje svaku stavku u memoriji s njenim funkcionalnim komplementom u organizmu. Kao primjer, genetski kod povezuje sekvence DNK kodona (tj. genetsku memoriju) s funkcionalnim sekvencama aminokiselinama u proteinima. Na sličan način mora postojati kod diferencijacije koji povezuje informacije iz 'memorije diferencijacije' s mehanizmima za popravke u stanici koji neprekidno održavaju stanicu u njenom diferenciranom stanju.

Barbieri priznaje da je potrebno obaviti mnogo toga kako bi se razvile i testirale ove ideje, no svakako se čini da je on otvorio vrata novom načinu gledanja na život. Tri glavne točke njegove semantičke teorije su:

  1. Stanica je u osnovi epigenetski, a ne genetski, sustav (tj. stanice, a ne geni, kontroliraju nasljeđivanje).
  2. Dok geni pružaju stanici genetsku memoriju, postoje druge memorije (koje čekaju da ih se otkrije i opiše) koje pomažu u mnogim aspektima razvoja embrija.
  3. Svaka memorija posjeduje svoj pridružen kod – proizvoljan, ali nesvodljiv i esencijalan semiotički (vidi u nastavku) sustav – kako bi se omogućilo da informacije memorije budu primijenjene unutar neprekidnog samo-održavanja stanice.

Zaključak

Gitt-ova teorija informacije pruža potpuno nov pogled na biologiju. Svrha (apobetika) postaje primarna briga, a ne slučajnost, kao što je to kod darvinizma. Stalnost (eng. stasis) stvorenih vrsta zahtijeva očuvanje bioloških informacija, a ne kontinuirane promjene koje zahtjeva darvinizam. Višedimenzionalna informacija je također veoma kompleksna tema, te traži nov način gledanja na život. Barbieri-ova semantička teorija biologije mogla bi ponuditi put napretka.

U drugom dijelu Part II ovog članka, preformulirat ću 'izazov informacije' (odakle dolazi nova informacija u 'od sluzi do tebe' evoluciji?) u odnosu na Gitt-ovu teoriju. U drugom dijelu Part III (koji će biti izdan u budućem izdanju JoC) govorit ću o eksperimentalnim dokazima vezanim za način na koji se informacije u biologiji prenose i mijenjaju.

Može se povući paralela između informacije, kako je opisana u engleskom jeziku (lijevo), i bioloških informacija (gore). Pet dimenzija u teoriji informacija Werner-a Gitt-a (vidi prethodnu sliku) mogu se primijeniti u shvaćanju genetskog koda u DNK i u sustavu engleskog jezika.

Preporučene bilješke

  1. Sapp, J., Beyond the Gene: Cytoplasmic Inheritance and the Struggle for Authority in Genetics, Oxford University Press, New York, Ch. 7, 1987. Natrag na tekst.
  2. For example, Alberts, B. et al., Essential Cell Biology, 2nd ed., Garland Science, New York, 2004. Natrag na tekst.
  3. Yaffe, M.P., The machinery of mitochondrial inheritance and behavior, Science 283(5407):1493–1497, 1999; <www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/283/5407/1493>. Natrag na tekst.
  4. Yaffe, M.P., Stuurman, N. and Vale, R.D., Mitochondrial positioning in fission yeast is driven by association with dynamic microtubules and mitotic spindle poles, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 100(20):11424–11428, 2003; <www.pnas.org/cgi/content/abstract/100/20/11424>. Natrag na tekst.
  5. Piganeau, G., Gardner, M. and Eyre-Walker, A., A broad survey of recombination in animal mitochondria, Molecular Biology and Evolution 21(12):2319–2325, 2004; <mbe.oupjournals.org/cgi/content/abstract/21/12/2319>. Natrag na tekst.
  6. Egger, G., Liang, G., Aparicio, A. and Jones, P.A., Epigenetics in human disease and prospects for epigenetic therapy, Nature 429:457–463, 2004. Natrag na tekst.
  7. Williams, A.R., Jumping paradigms, Journal of Creation (formally TJ) 17(1):19–21, 2003. Natrag na tekst.
  8. Bergman, J., Did God make pathogenic viruses? Journal of Creation (formally TJ) 13(1):115–125, 1999. Natrag na tekst.
  9. Papadopoulos, D., Schneider, D., Meier-Eiss, J., Arber, W., Lenski, R.E. and Blot, M., Genomic evolution during a 10,000-generation experiment with bacteria, Evolution 96(7):3807–3812, 1999. Natrag na tekst.
  10. Meyer, S.C., The origin of biological information and the higher taxonomic categories, Proceedings of the Biological Society of Washington 17(2):213–239, 2004. Natrag na tekst.
  11. Purdue, P.E. and Lazarow, P.B., Peroxisome biogenesis, Annual Review of Cell and Developmental Biology 17:701–752, 2001. Natrag na tekst.
  12. Shannon, C.E., A mathematical theory of communication, The Bell System Technical Journal 27:379–423, 623–656, 1948; <home.mira.net/~reynella/debate/shannon.htm>. Natrag na tekst.
  13. Chaitin, G.J., Information-theoretic computational complexity, IEEE Transactions on Information Theory IT–20:10–15, 1974; <www.umcs.maine.edu/~chaitin/ieee74.html>. Natrag na tekst.
  14. Spetner, L.M., Not by Chance! Shattering the Modern Theory of Evolution, Judaica Press, New York, Ch. 5, 1998. Natrag na tekst.
  15. Musgrave, I., Spetner and Biological Information, <home.mira.net/~reynella/debate/spetner.htm#string length>, version 1.8, 2003. Natrag na tekst.
  16. Dembski, W.A., Intelligent Design as a Theory of Information, Access Research Network, William A. Dembski Files <www.arn.org/docs/dembski/wd_idtheory.htm>. Natrag na tekst.
  17. Gitt, W., In the Beginning was Information, Christliche Literatur-Verbreitung, Bielefeld, Germany, 1997. Natrag na tekst.
  18. This is the code on the messenger RNA, which is transcribed from the DNA and is used to control the sequence of amino acids to make proteins. Thymidine replaces uracil in the parent DNA code. Natrag na tekst.
  19. Barbieri, M., The Organic Codes: the birth of semantic biology, published online at: <www.biologiateorica.it/organiccodes/>. Natrag na tekst.