ليس بالمعقد و لا بالبسيط .... لكنه فقط مضبوط

حتى اللحظة قمنا بمناقشة، و بشكل عام، العوائق الاحتمالية المتداخلة في عملية تطور النظم الكيميائية الحيوية المعقدة بشكل لا يقبل الاختزال. هل من الممكن وضع أرقام مضبوطة لهذه الاحتمالات؟ بالرغم من أن منتقدي التصميم الذكي يؤكدون استحالة ذلك إلا أن شكهم لا أساس له. و بالتأكيد فإن تحديد احتمالات خاصة بتطور بنيات بيولوجية يعتبر أكثر صعوبة من تحديد التسلسلات الخاصة بقذف قطعة نقدية عن طريق الحظ و التي من السهل حسابها مقارنة مع تلك التي ترتبط بالعالم البيولوجي الحقيقي. و لكن العلم يعمل على فك المشاكل الصعبة، و تحديد الاحتماليات الضرورية لتطوير البنيات البيولوجية يعتبر تحديا جيدا مع الأخذ بعين الاعتبار وصف عمله.

و عند تحديد الاحتمالات التي تظهر في تباين النشأة، فإنه من الضروري اختيار نظم قابلة للتحكم فيها (يعني نظم غير معقدة جدا و التي يمكن التحكم فيها عبر مناهجنا العلمية). و بالفعل فإن الداروينيون قد اختبؤوا وراء تعقيدات النظم البيولوجية بهدف حماية نظريتهم من التفحص. قم باختيار أي نظام معقد جدا فلن تجد حتى من يستطيع البدء بتحديد الاحتمالات المرتبطة بتطوره. وقس على ذلك الخرافة التي يتداولها علماء البيولوجيا و التي مفادها أن نظرية دارون استطاعت إعطاء تفسير لتطور عين الفقريات. بل على العكس من ذلك تماما، فهي لم تدلي بأي شيء محدد.

في مكان ذلك، فقد حدد الداروينيون عدة أعين تظهر مستويات متباينة من التعقيد انطلاقا من عين الفقريات في أعلى درجة من التعقيد إلى أسفلها حيث يتواجد فقط مستقبل بسيط و حساس للضوء. إلا أن القيام فقط بتحديد أعين ذوات تعقيدات مختلفة ثم القيام بوضع أسهم للإشارة إلى مراحل تطورها انطلاقا من العين الأقل تعقيد إلى الأكثر تعقيد فذلك لا يعطي أي تفسير لكيفية تطور هذه الأعين بعضها من بعض (1). فالفجوات بين الأعين ذوات التعقيدات المتباينة قد صارت عبارة عن تصدعات لا يمكن تجاوزها و خصوصا عندما نبدأ بالتساؤل حول التغيرات الحقيقية في الجينات و النمو الجنيني و أيضا حول التوصيلات العصبية التي تمت في عين الفقريات و التي "تطورت" من أسلاف بسيطة. فعوض الاعتراف على أن هذه الفجوات تشكل دليلا واضحا ضد النظرية، فالتطوريون لا يزالون على موقفهم الرافض للانهزام: "أظهروا أننا على خطأ"، يقولون, "أظهروا لنا أن العين لم تتطور بهذا الشكل". و  هكذا، بتجنب ثقل الدليل، فنظرية داروين تنتصر معظم الوقت على باقي النظريات البديلة.

فالضربة القوية التي سددها مايكل بيهي هي تحديد نوع من النظم البيولوجية البسيطة و التي يمكن تحديد حواجزها الاحتمالية بشكل يسير و التي يجب عليها (أي النظم) تجاوزها حتى يمكنها أن تتطور. أما مع العين البشرية، فإننا نجد أنفسنا أمام الملايين من الخلايا خصوصا عندما نعمل أيضا الآلية العصبية (مثال القشرة البصرية) التي تحتاج إلى إتمامها. لكن مع النظم الكيميائية الحيوية المعقدة بشكل لا يقبل الاختزال فإننا نبحث عن البنيات الجزيئية التي تتواجد داخل الخلية و التي تستقر في عتبة الحياة- و تحت هذه العتبة تتواجد اللبنات الكيميائية التي تشكل البيولوجيا. فالسوط البكتيري، على سبيل المثال، هو عبارة عن آلة جزيئية و التي تتشكل من بروتينات. و البروتينات تتشكل هي الأخرى من الأحماض الأمينية  التي يمكنها أن تظهر حتى مع انعدام الحياة. فالبروتينات، التي هي عبارة عن سلسلات وظيفية من الأحماض الأمينية، فهي لم تتواجد سوى داخل سياقات خلوية، أي مع وجود الحياة.

لكن و حتى مع النظم المعقدة بشكل لا يقبل الاختزال (الأكثر بساطة بالمقارنة مع كل خلية من خلايا الشبكية، حتى لا نتحدث عن العين نفسها)، فالتعقيدات بسرعة تصير صعبة التحديد. فالسوط البكتيري لا يتشكل سوى من أربعين بروتين مختلف، إلا أن هذه البروتينات تتكرر في بعض الحالات مئات أو آلاف المرات. فخيط السوط، مثلا، يتشكل من آلاف الوحدات الثانوية البروتينية (أي، نسخ لبروتين محدد). فالسوط البكتيري نفسه هو عبارة عن مجموعة معقدة من عدة آلاف من الأجزاء البروتينية.

و بالتالي فإن تقدير احتماليات تطور السوط البكتيري يصير أمرا صعبا خصوصا و أن التطوريون لا يحددون أبدا بشكل مفصل السبل التطورية لتلك النظم الكيميائية الحيوية المعقدة بشكل لا يقبل الاختزال. فمع توفر السبل المفصلة بشكل كاف فإن الإحتماليات الخاصة بكل مرحلة من مراحل التطور يمكن، مبدئيا، تقديرها. إلا أنه مع غياب تلك التفسيرات فإننا نتوقف فقط عند الاعتبارات الاحتمالية الأكثر شمولية عند تحديد لا احتمالية تطور السوط. مثلا، فالسوط خلال تطوره يجب عليه أن يتجاوز مشكلة التوافق في الواجهة بحيث أن البروتينات الجديدة على البنية يجب أن تتطابق بشكل مناسب حتى يمكنها أن تتحد بشكل ناجح و يحصل التطور.

فعند تقدير الاحتمالات الخاصة بتطور النظم الكيميائية الحيوية عبر عملية داروينية، فنحن بالتالي  نحتاج إلى تحليل بنيات أكثر بساطة من السوط. فالهدف من الدراسة الآن هو احتمالية تطور البروتينات بسكل منفرد. ففيما يتعلق بتباين الأصل، فهذا يعني الخوض في مسألة احتمالية الجاهزية (أي، احتمالية أن تكون البروتينات جاهزة حتى يمكنها الانضمام في نظام معقد بشكل لا يقبل الاختزال خلال مراحل تطوره) و إظهار أن تلك الاحتمالية ضعيفة. و مع ذلك سوف يتوجب القيام بهذا البحث بالاعتماد على بروتينات السوط البكتيري أو على البروتينات الأخرى الخاصة بآلات بروتينية معقدة بشكل لا يقبل الاختزال (2). و كنتيجة، فإن إعداد حسابات صعبة لاحتمالية تطور السوط البكتيري و نظم أخرى معقدة بشكل لا يقبل الاختزال يبقى مشكلا مفتوحا.

إلا أن الحسابات المعقدة الخاصة باحتمالية تطور بعض البروتينات المنفردة هي متوفرة. فهذه الأخيرة تتواجد بالضبط في المستوى الصحيح من التعقيد و من البساطة من أجل تحديد لااحتمالية تطورها عبر عملية داروينية، على الأقل في بعض الحالات. إلا أن القيام بهذا التحديد بشكل صحيح يتطلب الحذر. افترض أن هناك بروتينات يمكنها أن تتطور إلى بروتينات أخرى (فتطورها يبقى رهينا بالتغيرات الجينية التي تقع في الجينات التي تشفر تلك البروتينات). و الذي يحدد قدرتها على التطور ليس فقط توزيعها بشكل متناثر داخل سلسلات الأحماض الأمينية الممكنة، و لكن أيضا، و الأكثر أهمية، هو درجة عزل بروتينات ذات وظيفة معينة من بروتينات أخرى لها وظائف مختلفة.

و لإظهار القدرة التطورية للبروتينات، فتخيل كما لو أنها جمل باللغة الانجليزية. فكليهما يستعمل أبجدية ثابتة: فالبروتينات تتكون من 20 نوع من الأحماض الأمينية العسراء، بينما تتكون اللغة الانجليزية من 26 حرفا. و لتطوير بروتين معين إلى آخر عبر العملية الداروينية، فإن العديد من التغيرات البسيطة للأحماض الأمينية يجب أن تحول بشكل تدريجي بروتين معين إلى آخر بحيث أن كل شكل وسيط خلال هذه العملية يجب أن يمتلك ليس فقط نفس السلسلة من الأحماض الأمينية كوسيطه السابق و اللاحق و لكن أيضا أن يطوى بشكل مناسب و أن يمتلك وظيفة بيولوجية. و على نفس المنوال، فإن تطوير جملة ما بااللغة الانجليزية عبر عملية داروينية يستلزم تغيرات طفيفة على مستوى الحروف و التي بإمكانها أن تطور تدريجيا جملة معينة إلى أخرى بحيث أن كل وسيط خلال هذه العملية لا يجب عليه أن يمتلك فقط نفس التسلسل من الحروف مثله مثل وسيطه السابق و اللاحق و إنما أيضا تشكيل جملة ذات معنى.         

 مثلا، اعتبر "تطور" الجملة التالية: "THE CAT SAT ON THE MAT" (القط جالس فوق الحصير). فبما أننا نقلد التطور الدارويني، فهذه الجملة يجب أن تتطور تدريجيا. و بشكل يقين، يمكننا القول أن حرفا بسيطا يمكن أن يضاف أو أن يحذف أو أن يعدل في جملة معينة خلال كل مرحلة من مراحل تطورها. فهذا اللزوم يضمن تطور الجمل بشكل تدريجي. إلا أن تدرج العملية التطورية ليس أمرا كافيا. و بما أننا نقلد التطور الدارويني، فإن كل وسيط يجب عليه أيضا الحفاظ على معناه (و هو ما يقابله في البيولوجيا الحفاظ على الوظيفة) (3). إذن فإن تطور THE CAT SAT ON THE MAT لا يمكنها أن تصير جملة دون معنى خلال أي مرحلة من مراحل تطورها. أما ما سوف نتطرق له الآن هو طريق تطوري ممكن انطلاقا من الجملة الأولى (للإشارة فقط، فإن الأحرف المتغيرة أو التي تم إدراجها سيتم وضع خط أسفلها بينما الأحرف التي تم حذفها فيشار إليها بوضع خط تحت فراغ)     

  

THE CAT SAT ON THE MAT                         [القط جالس فوق الحصير]

THE CATS SAT ON THE MAT                    [القطط جالسة فوق الحصير]

THE CATS EAT ON THE MAT                      [القطط تأكل فوق الحصير]

THE CATS BEAT ON THE MAT               [القطط تضرب فوق الحصير]

THE BATS BEAT ON THE MAT           [الخفافيش تضرب فوق الحصير]

THE BATS BEAT ON THE BAT             [الخفافيش تضرب فوق الخفاش]
          THE BATS BEAT ON THE BOAT           [الخفافيش تضرب فوق القارب]
          THE BATS   EAT ON THE BOAT                [الخفافيش تأكل فوق القارب]

THE BASS EAT ON THE BOAT                      [الفرخ تأكل فوق القارب]

THE BASS EATS ON THE BOAT                   [الفرخ يأكل فوق القارب]

THE BOSS EAT ON THE BOAT                      [القائد يأكلوا فوق القارب]

أي نتيجة نستخلص من هذا المثال؟ هل يمكن ل THE CAT SAT ON THE MAT أن تتطور؟ فالقدرة على التطور هي مسألة نسبية، فأي جواب بنعم أم لا سوف لن يجيب على هذا السؤال بشكل ملائم. باعتبار التغيرات المسموح بها في كل مرحلة (أي، إضافة أو حذف أو تعديل لحرف ما) فمن الواضح أنه من الممكن تطوير جمل ينتهي بها الأمر إلى إضافة معنى مختلف تماما عن الجمل الأصلية. لكن، هل جميع الجمل بالانجليزية التي تمتلك معنى معين، هي قابلة للتطور عن طريق تغيرات تدريجية في متسلسلة الوسائط الأخرى التي لها معنى معين انطلاقا من المتسلسلة الأصلية؟ أو بالأحرى، كيف يمكن لشخص دارويني أن يعتقد على أن THE CAT SAT ON THE MAT يمكن أن يكون الجد المشترك لجميع الجمل الأخرى بالانجليزية؟ فذلك يبدو غير محتمل بالرغم من عدم وجود أي تحليل يمكن أن يتحقق من هذا الإدعاء. فللقيام بهذا فسوف يلزمنا القيام بتحليل عبر حاسوب قادر على أخذ الجملة الأصلية و تعريضها لجميع السبل التطورية الممكنة و المتوافقة مع التغيرات المسموح بها في كل مرحلة تطورية. إضافة إلى ذلك، سيتطلب توفر طاقم بشري للتأكد من الحفاظ على المعنى خلال كل مرحلة تطورية (4).

قم بتبديل "المعنى" ب "الوظيفة"، و "تطور الجمل بالانجليزية" ب "تطور البروتينات". هل البروتينات قابلة للتطور؟ كما هو معلوم، فالبروتينات تسمح بتبديلات عديدة في الأحماض الأمينية (5). و بالفعل، فالحالات التي يؤدي فيها التغيير في الحمض الأميني إلى خلخلة الوظيفة هي نادرا ما تقع. و يرجع ذلك لأن ما يحدد بالفعل وظيفة بروتين معين هو شكله الكامل (المعروف ببنيته الثلاثية)، و العديد من المتسلسلات المختلفة من الأحماض الأمينية هي متطابقة مع نفس الشكل. و بالتالي فإن شكل و وظيفة بروتين معين لا يمكن اختزالهما في تسلسله المحدد من الأحماض الأمينية (المعروف بالبنية الأولية للبروتين) و لا حتى في بنيته الثانوية.

فشكل و وظيفة بروتين معين يعتبران نتيجة لعدد طيات البروتين، و الذي يقيم هذه الطيات هو نمط التفاعلات التي تحدث بين الأحماض الأمينية و الذي يعتبر مفيدا بشكل كاف لكي تثبت البنية نفسها. بالإضافة إلى ذلك، بالإمكان بلوغ نفس نمط التفاعلات المفيدة عبر عدة سبل مختلفة. لذلك، فالبروتينات يمكنها أن تكون قابلة للتطور بشكل كبير في بنيتها الأولية، لكنها سوف تكون عاجزة عن ذلك تماما في بنيتها الثلاثية. (فذلك سيتشابه مع متسلسلة من الحروف كما هو الحال مع THE CAT SAT ON THE MAT، و التي تتغير بشكل كلي عبر مراحل صغيرة و عديدة مع الحفاظ على معناها في كل مرحلة). فبما أن البنية الثلاثية هي المسؤولة عن تحديد الوظيفة البيولوجية، فهذا التطور يمكن أن يصير دون فعالية، دون إنتاج أي بنيات أو وظائف جديدة و دون أن يقدم للانتقاء الطبيعي أي شيء يمكنه انتقاءه.

هل تطور البروتينات دائما يتم هكذا؟ لا. توجد أدلة على أن هناك عدة مجالات لبروتينات معينة (أي، المناطق المثنية داخل بروتين معين)، إذا ما كانت صغيرة، يمكنها أن تتطور و ذلك بإنتاج طيات جديدة و بإضافة وظائف جديدة إلى البروتين. مثلا، فالبحث الذي قام به سباستيان ميير (Sebastian Meier) و مساعديه بخصوص مجال بروتيني صغير جدا (حوالي 25 ثمالة) قد أظهر أن التغير البسيط في الحمض الأميني يمكنه تحويل البروتين إلى بنية جديدة (7). لكن هذا المثال يبدو أنه استثنائي. في هذه الحالة، فإن تغير الحمض الأميني أدى إلى تعديل رابط ثنائي السلفيد ، و الذي هو أكثر قوة من روابط الهيدروجين، و التي تتطابق مع العديد من البروتينات. إضافة إلى ذلك، فعديد البيبتيد الذي يتشكل من 25 ثمالة من الأحماض الأمينية يعتبر صغيرا جدا بحيث سوف لن يستطيع تثبيت نفسه عبر تفاعل كاره للماء، كما تقوم بذلك العديد من البروتينات (أي، تلك الأحماض الأمينية في البروتين و التي تحرر الماء و تتحد فيما بينها). فالحديث عن الطي كما هو الحال في المجال البروتيني الصغير مثله مثل الحديث عن عقد خيوط قصيرة جدا و لا يمكن عقدها.

فالطي يصير أكثر صعوبة و تعقيدا في البروتينات التي تتشكل من تسلسلات طويلة من الأحماض الأمينية. فهناك العديد من الحركات الأساسية التي يجب أن تحصل في متسلسلة خاصة من أجل طي سلسلة من الأحماض الأمينية بهدف منحه التعديل الصحيح. إذن، فليس من المدهش أن تعتمد بروتينات كبيرة على مساعدة بروتينات أخرى المعروفة بالمرافِقة من أجل أن تطوى. من ناحية أخرى، فالبروتينات الصغيرة تعتبر أكثر سهولة في الطي. عوض استلزام طي طبقة تلو أخرى في تسلسل معين، فالبروتين الصغير ينهار بسرعة بحيث أن ترتيب الأحداث ليس مهما جدا. و بالتالي، إنه لشيء مهم أن ميير و مساعديه قد وجدوا الطريقة الصحيحة لتعديل طي سلسلة من الأحماض الأمينية القصيرة جدا فقط بتغيير ثمالة واحدة، إلا أن ذلك لا يعلل مسألة تعميم هذه النتيجة على البروتينات الكبيرة (8).            

     

تمت الترجمة من:

Dembski, W.; Wells J. (2008) the Design of Life: Discovering Signs of Intelligence in Biological Systems, The Foundation for Thought and Ethics, Dallas, p. 194-198.

التعريف بالكاتبين:

ويليام دومبسكي (William Dembeski) حاصل على شهادة الدكتوراه في الفلسفة في جامعة إيليون في شيكاغو و على شهادة الدكتوراه في الرياضيات بجامعة شيكاغو. يعتبر واحدا من أهم منظري التصميم الذكي و له عدة مؤلفات في هذا المجال. هو صاحب أول كتاب للتصميم الذكي تم نشره من طرف دار نشر جامعية معترف بها:

 The Design Inference: Elimitating Chance Through Small Probabilities. (Cambridge University Press.1998)

جوناثان ويلز (Jonathan Wells): حاصل على الدكتوراه في البيولوجية الخلوية و الجزيئية من جامعة كاليفورنيا في بيركلاي. حاليا هو واحد من الباحثين الأساسيين في معهد ديسكافري.

المراجع:

1-            انظر Evolution: The Trumph of an Idea ل Carl Zimmer (New York: HarperCollins, 2001). في غشاء الكتاب توجد عدة أعين ذزات تعقيدات مختلفة. إلا أنه لا غشاء الكتاب و الكتاب نفسه و لا أي عالم دارويني استطاع أن يعطينا تفسير مفصل و قابل للقياس حول كيف استطاعت هذه الأعين أن تتطور عبر عملية داروينية انطلاقا من أسلاف بسيطة.

2-            لاحظ أن الإشارة فقط لبروتينات السوط تعتبر مشابهة  لبروتينات أخرى تؤدي وظائف أخرى فذلك لا يجعل من التطور أمرا أكثر قبولا و لا حتى يحل مشكلة جاهزية هذه البروتينات. و كمثال على هذا التفكير المعيب انظر كتاب "من أصل الأنواع إلى أصل السوط البكتيري" ل M. J. Pallen  و N. J. Matzke, publicado و الذي تم نشره في  Nature Reviews Microbiology 4(10) (2006):ص: 784-790. و الإشكال يكمن في السؤال حول كيفية ظهورهذه البروتينات المتشابهة لأول مرة. و هذه هي النقطة التي تشير إليها مسألة الجاهزية و هذا هو ما لم تتم الإجابة عليه حتى الآن من طرف المراجع الخاصة بالتطور البيولوجي.

3-             و بالفعل، إذا كان التطور جميعه يقوم على أساس الحفاظ على المعنى/الوظيفة، فإننا سننتهي بالحديث عن تطور محايد أكثر مما هو دارويني. و بشكل مضبوط فالتطور الدارويني يتوجب عليه أن يحسن المعنى/الوظيفة بشكل مستمر. و من الشروط الضرورية لتحسين المعنى/الوظيفة هو الحفاظ عليه. و لمعرفة المزيد حول التطور المحايد انظر: Motoo Kimura, The Neutral Theory of Molecular Evolution (Cambridge: Cambridge University Pres, 1983).

4-            لأن الحواسيب هي جد محدودة لغويا. و بالفعل فإن تركيبة الكلام الطبيعي لا تظهر أي مهارة لتحديد ما هي الجمل التي لها معنى و التي تخلو منه.

5-            كما أشار إلى ذلك دوغلاس آكس، "دراسات التطفير و انحياز التسلسلات المتطابقة قد أظهروا أن وظيفة البروتينات هي متطابقة عادة مع عدة ثمالات من الأحماض الأمينية المتواجد في الأماكن الغير النشطة و في الأطراف" . Douglas D. Axe, “Extreme Fuctional Sensitivity to Conservative Amino Acid Changes on Enzyme Exteriors,” Journal of Molecular Biology 301 (2000): 585.

6-             D. D. Axe, N. W. Foster, and A. R. Fersht, “A Search for single Substitutions That Eliminate Enzymatic Function in a Bacterial Ribonuclease,” Biochemistry 7 (20) (1998): 7157-7166

7-            S. Meier, P. R. Jensen, C. N. David, J. Chapman, T. W. Holstein, S. Grzesiek, y S. Ozbek, “Continuous Molecular Evolution of Protein-Domain Structures by Single Amino Acid Changes,” Current Biology 17(2) (2007): 173-178.

أفكار هذه الفقرة مأخوذة من المراسلات الشخصية  بين  WmAD و Cornelius Hunter 8- (1 أبريل 2007).