Dlaczego biologowie systemów w tej chwili zakładają, iż życie jest optymalnie zaprojektowane

W poprzednich dwóch artykułach¹ opisałem rewolucję zachodzącą w biologii systemów, w której to dyscyplinie założenia ewolucjonistyczne zastąpiono założeniami opartymi na idei projektu, na przykład założeniem o kluczowej roli teleologii. W niniejszym artykule pokażę, iż biologowie coraz częściej odrzucają przekonanie o powszechnym występowaniu marnych projektów w przyrodzie ożywionej. Teraz zwykle przyjmują oni, iż struktury i układy biologiczne cechują się wysokim stopniem optymalności.

Oczekiwanie istnienia marnych projektów

Na gruncie logiki standardowego modelu ewolucyjnego przewiduje się, iż w biosferze powinno roić się od organizmów mających wadliwe projekty i niefunkcjonalne relikty swojej ewolucyjnej przeszłości. Rację dla takiego przewidywania dobrze przedstawiono w opublikowanym w Wikipedii artykule Argument from Poor Design [Argument z marnego projektu]:

Istnienie „marnego projektu” jest zgodne z przewidywaniami naukowej teorii ewolucji drogą doboru naturalnego. Przewiduje ona, iż cechy, które wyewoluowały do pełnienia pewnych funkcji, były następnie ponownie wykorzystywane lub kooptowane do pełnienia innych funkcji albo ulegały całkowitej eliminacji. Ten suboptymalny stan ma związek z niezdolnością mechanizmu dziedziczenia do eliminowania poszczególnych reliktów procesu ewolucji.

Ujmijmy to w kategoriach krajobrazu przystosowania: dobór naturalny zawsze będzie parł „w górę”, ale gatunek zwykle nie może przejść od niższego szczytu do wyższego, jeżeli najpierw nie przejdzie przez dolinę².

Ilustracja krajobrazu przystosowania zaczerpnięta z Wikipedii. Krajobraz to teoretyczna reprezentacja tego, jak poszczególne organizmy różnią się od siebie nawzajem stopniem swojego przystosowania. Oś X (a często również osie Y) reprezentują zmienność cech (na przykład wzrost bądź kolor futra), a oś Z reprezentuje stopień przystosowania. Oczekuje się, iż dobór naturalny będzie zwiększał stopień przystosowania, aż osiągnie jakiś szczyt, ale ten szczyt często nie będzie najwyższy.

Oczekiwanie istnienia marnych projektów nie jest po prostu subiektywnym, opartym na intuicji wnioskiem, ale w ścisły sposób wykazano jego słuszność dzięki modeli obliczeniowych. Jeden z takich modeli, opracowany przez Davida W. Snoke’a, Jeffreya Coxa i Donalda Petchera³, pokazał, dlaczego procesy ewolucyjne, które umożliwiają wzrost złożoności, muszą generować duże ilości śmieciowego DNA i niefunkcjonalnych elementów. Szczegóły ich modelu są złożone, ale leżąca u jego podstaw logika jest prosta.

Aby mogły pojawić się złożone innowacje, w organizmach musi powstawać niefunkcjonalny DNA i musi on trwać w populacji, aż w końcu pojawią się funkcjonalne sekwencje. Takie dodatki do genomu mogą tworzyć się wskutek duplikacji i dalszego wielokrotnego mutowania genów. Śmieciowy DNA nieuchronnie będzie się kumulował i obejmie znaczną część genomu. To dlatego biologowie wcześniej zakładali, iż śmieciowy DNA składa się choćby na 97 procent genomu człowieka⁴.

Również powstawanie złożonych struktur (na przykład maszyn molekularnych) wymaga tworzenia niezliczonych, sprawdzanych metodą prób i błędów układów cząsteczek lub tkanek, aż pojawi się coś przynoszącego korzyści. Większość prób będzie przynosiła skutki niefunkcjonalne albo niewydajne. W związku z tym jedynie mniejszość struktur i układów biologicznych powinna cechować się wysokim stopniem optymalności.

Główny argument przeciwko teorii inteligentnego projektu

Najwyraźniejsza różnica w przewidywaniach teorii inteligentnego projektu i teorii niekierowanej ewolucji dotyczy istniejącej w przyrodzie ożywionej proporcji suboptymalnych lub niefunkcjonalnych projektów do projektów optymalnych. Filozof Philip Kitcher kładł na to nacisk w książce Living with Darwin: Evolution, Design, and the Future of Faith [Życie z Darwinem. Ewolucja, projekt i przyszłość wiary]. Podawał on przykłady – w jego przekonaniu – nieudolnych, niekompetentnych projektów, uznając je za główny argument za odrzuceniem teorii inteligentnego projektu:

Gdybyś był utalentowanym inżynierem mogącym zaprojektować wieloryba od zera, to prawdopodobnie nie wyposażyłbyś go w szczątkową miednicę. […] Gdybyś projektował ludzkie ciało, to z pewnością mógłbyś udoskonalić kolano. A gdybyś projektował genomy organizmów, to bez wątpienia nie wypełniłbyś ich śmieciami⁵.

Podobnie argumentuje biolog Nathan H. Lents w książce Człowiek i błędy ewolucji. Niepotrzebne kości, zepsute geny i inne niedoskonałości ludzkiego ciała. Jego zdaniem „nieudolne” projekty widoczne w całym ciele człowieka wskazują, iż nie jesteśmy wytworem inteligentnego projektu, ale niekierowanego procesu ewolucji:

Do trzeciej kategorii należą te ludzkie defekty, które można przypisać jedynie ograniczeniom samej ewolucji. Każdy gatunek może ulepszać ciało, jakim dysponuje, wyłącznie w drodze bardzo drobnych zmian, które występują przypadkowo i rzadko. Odziedziczyliśmy potwornie nieefektywne struktury, których nie da się zmienić. Z tego właśnie powodu przez ciasną przestrzeń naszego gardła przechodzi zarówno pożywienie, jak i powietrze. Z tego samego powodu w stawach skokowych mamy siedem rozrzuconych bez ładu i składu niepotrzebnych kości. Naprawienie któregokolwiek z tych błędów konstrukcyjnych wymagałoby znacznie poważniejszej interwencji niż pojedyncze mutacje. [Przypuszczenie, iż te organizmy żywe zostały oddzielnie stworzone, jest równoznaczne z uznaniem, iż tworzący je byt jest kapryśnym, nieudolnym, miernym inżynierem, czyli – inaczej mówiąc – nieinteligentnym projektantem]⁶.

Zmieniające się perspektywy

Większość podawanych przez Kitchera, Lentsa i innych sceptyków przykładów rzekomo marnego projektu zostało jednak podważonych⁷. Pozostałe przypadki zwykle dotyczą degradacji niegdyś optymalnych projektów albo stanowią przykłady błędu polegającego na umieszczaniu niedoskonałości w lukach wiedzy⁸.

Domniemane przykłady marnych projektów to zwykle wyraz opinii kanapowych krytyków, którzy w nikłej mierze rozumieją ustalenia zawarte w literaturze fachowej i nie mają kompetencji w zakresie inżynierii. Na przykład – co bezpośrednio przeczy twierdzeniom Kitchera i Lentsa – inżynierowie powszechnie wielokrotnie wykorzystują motywy projektowe na różne sposoby i okazuje się, iż takie ponowne wykorzystanie motywu projektowego ma miejsce również w przypadku miednicy wieloryba⁹. Specjaliści medyczni oraz inżynierowie wykazali ponadto, iż ludzkie kolano oraz staw skokowy są optymalnie i znakomicie zaprojektowane¹⁰. W tych strukturach inżynierowie szukali choćby inspiracji do projektowania sztucznych kończyn¹¹.

Co więcej, dzięki ustaleniom projektu ENCODE wiemy obecnie, iż większa część ludzkiego genomu jest funkcjonalna¹². Niszczycielskie następstwa tego odkrycia dla teorii ewolucji nie umknęły oczywiście uwadze ewolucjonistów. Biochemik Dan Graur otwarcie stwierdził:

Jeśli w genomie człowieka nie ma śmieciowego DNA, na co wskazują wyniki uzyskane w ramach projektu ENCODE, to długi, niekierowany proces ewolucji nie może wyjaśnić ludzkiego genomu. jeżeli zaś organizmy są zaprojektowane, to należy oczekiwać, iż cały DNA – albo możliwie największa jego część – jest funkcjonalny. jeżeli wyniki uzyskane w ramach projektu ENCODE są słuszne, to teoria ewolucji jest błędna¹³.

„Podstawowe zasady optymalności”

Co równie ważne, biologowie systemów wiedzą obecnie, iż założenie optymalności projektu prowadzi do najpłodniejszych badań. Na przykład Nikolaos Tsiantis, Eva Balsa-Canto i Julio R. Banga opracowali model przeznaczony do badania układów biologicznych, którego podstawą jest identyfikacja „podstawowych zasad optymalności”. W artykule opublikowanym w 2018 roku na łamach czasopisma „Bioinformatics” dokonali oni przeglądu prac czołowych badaczy, którzy także dowiedli mocy predykcyjnej założenia optymalności:

William J. Sutherland¹⁴ twierdzi, iż te zasady optymalności umożliwiają biologom przejście od samego wyjaśniania wzorców lub mechanizmów do możliwości formułowania przewidywań na podstawie pierwszych zasad. William Bialek¹⁵ czyni ważne spostrzeżenie, iż hipotez optymalności nie należy przyjmować z powodów estetycznych, ale jako podejście, które można bezpośrednio przetestować dzięki eksperymentów ilościowych. Matematyczną optymalizację można więc postrzegać jako podstawowe narzędzie badawcze w bioinformatyce i obliczeniowej biologii systemów¹⁶.

Inni badacze wykazali nawet, iż takie układy biologiczne, jak replikacja i translacja DNA¹⁷, rozwój zarodkowy¹⁸ i procesy sensoryczne¹⁹, działają z wydajnością bliską granic tego, co jest fizycznie możliwe. Wytwory ludzkiej inżynierii wypadają blado w porównaniu z takimi osiągnięciami przyrody.

Ogromna większość świadectw empirycznych jest zgodna z opartym na idei projektu przewidywaniem optymalności, a także bezpośrednio przeczą one głównemu przewidywaniu każdej teorii niekierowanej ewolucji. Czy te świadectwa skłonią takich krytyków, jak Kitcher i Lents, do ponownego przemyślenia swoich poglądów? Najprawdopodobniej tak się nie stanie, ponieważ podstawą dla ich przekonania o słuszności materializmu naukowego nie są dane empiryczne, ale ich filozoficzne poglądy. Na szczęście wielu biologów nie poddaje się presji społecznej nakazującej utrzymywanie status quo i przyjmuje, iż we adekwatnym kierunku powinny prowadzić ich dane empiryczne. Ci naukowcy przeprowadzą biologię przez kolejną wielką rewolucję naukową, która właśnie się rozpoczęła.

Brian Miller

Oryginał: Why Systems Biologists Now Assume Life Is Optimally Designed, „Evolution News & Science Today” 2021, August 27 [dostęp: 31 I 2025].

Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan