تويت
ملخص كتاب تصميم الحياة 6: التعقيد غير القابل للاختزال
ملخص كتاب تصميم الحياة 6: التعقيد غير القابل للاختزال
we now know that nearly every major process in a cell is carried out by assemblies of 10 or more protein molecules. And, as it carries out its biological functions, each of these protein assemblies interacts with several other large complexes of proteins. Indeed, the entire cell can be viewed as a factory that contains an elaborate network of interlocking assembly lines, each of which is composed of a set of large protein machines...Why do we call the large protein assemblies that underlie cell function protein machines? Precisely because, like the machines invented by humans to deal efficiently with the macroscopic world, these protein assemblies contain highly coordinated moving parts. Within each protein assembly, intermolecular collisions are not only restricted to a small set of possibilities, but reaction C depends on reaction B, which in turn depends on reaction A—just as it would in a machine of our common experience
Bruce Alberts, “The Cell as a Collection of Protein Machines: Preparing the Next Generation of Molecular Biologists,” Cell 92 (8 February 1998): 291
المبحث الأول: الالات الجزيئية
يعرف العلم الحديث أن الخلية عبارة عن مصنع يحتوى على شبكة متقنة من الأنظمة لمعالجة المعلومات و تحويل الطاقة و بناء البروتينات و نقل المواد و كل نظام منها يتكون من مجموعة من الالات البروتينية المعقدة المتكونة من أجزاء متحركة متناسقة بدقة تماما كالالات التى يصنعها البشر.
Bruce Alberts, “The Cell as a Collection of Protein Machines: Preparing the Next Generation of Molecular Biologists,” Cell 92 (8 February 1998): 291Adam Wilkins, “A Special Issue on Molecular Machines,” Bio Essays 25(12) (December 2003): 1 146
Thomas Köcher & Giulio Superti-Furga, "Mass spectrometry-based functional proteomics: from molecular machines to protein networks," Nature Methods, Vol. 4(10):807–815 (Oct. 2007).
"The Closest Look Ever at the Cell's Machines," ScienceDaily.com (Jan. 24, 2006).
يعتبر النظام معقدا بشكل غير قابل للاختزال اذا كان لا يمكن أن يتكون تدريجيا كما تزعم الداروينية و ذلك اذا احتوى على أنظمة فرعية متعددة الأجزاء لا يمكن تبسيطها بحذف أى جزء منها دون تدمير وظيفة النظام – كل واحد من هذه الأنظمة الفرعية يعتبر لب غير قابل للاختزال للنظام الكلى. يكون النظام حساسا للتغيرات التى تصيب أفراد الأجزاء فاذا تغير أى جزء يجب حدوث تغيرات متعددة فى الأجزاء الأخرى حتى تتناسق من جديد و تتلاءم مع الوظيفة أو يتوفر سند اضافى لدعم النظام.
تتكون وظيفة النظام من:
1-مهمة النظام فى بيئته الطبيعية (مثلا نحن بحاجة الى لاصق)
2-الحد الأدنى من الفعالية المطلوبة (يجب أن يتحمل اللاصق ضغط معين دون أن ينفصل)
3-طريقة أداء الوظيفة (مثلا المسامير و الغراء يقومان بالوظيفة لكن كل مناسب لحالة لا يناسبها الاخر)
مثال على ذلك هو الساعة القديمة ذات العقارب فوظيفتها الاخبار بالوقت لذلك تحتاج الى أجزاء معينة. تتأثر هذه الأجزاء بمستوى الفعالية المطلوب فمثلا لو كانت الثوانى مطلوبة لكان عقرب الثوانى جزءا رئيسيا. تتأثر الأجزاء أيضا بالبيئة فمثلا فى بيئة جليدية يصبح الزجاج و الجسم الخارجى ضروريان لحمايةالعقارب و الأجزاء المتحركة من التجمد.
يفيض عالم الأحياء بأمثلة على الالات البروتينية المعقدة بشكل غير قابل للاختزال التى تعمل معا لصناعة أنظمة وظيفية معقدة غير قابلة للاختزال بدورها و من الأمثلة الشهيرة السوط البكتيرى و الذى وصفه عالم الأحياء هوارد بيرج بأكثر الالات كفاءة فى العالم و هو محرك معقد يدور عشرات الالاف من المرات فى الدقيقة و يمكنه تغيير اتجاهه فى جزء من الثانية حتى يمكن الجرثوم من مواجهة الحركةالعشوائية لجزيئات المياه. تتألف هذه الالة من الاف البروتينات من 30 نوع تتركب بشكل متناسق لصناعة سائر الأجزاء كالمحرك و نواقل الحركة و المروحة الدافعة و المثبتات و موانع التسريب و البطانة و غير ذلك و يقوم بتجميعها و تركيبها 20 بروتين اخر و خسارة أى جزء سيعطل الوظيفة تماما. هذا الى جانب اليات رصد المعلومات فى البيئة و نقل الاشارات الى السوط لاخباره متى يدو وفى أى اتجاه. وفقا للداروينية يجب أن تنتج العشوائية كل الأجزاء و تجمعها بالطريقة الصحيحة فى المكان الصحيح فى الوقت الصحيح حتى يحتفظ بها الانتخاب الطبيعى.
See Howard C. Berg, Random Walks in Biology , exp. ed. (Princeton: Princeton University Press, 1993)
المبحث الثانى: التطور المتشارك و الانتقاء المتشارك Coevolution and Cooption
يتحايل الدراونة على التعقيد غير القابل للاختزال بطريقتين. الأولى هى الطريق الداروينى المباشر و هى افتراض أن أجزاء النظام قد تطورت فى أنظمة أخرى أبسط ثم تم جمعها فى النظام المطلوب أى أننا من المفترض أن نصدق أن العديد من البروتينات التى كانت تعمل فى وظائف و أنظمة مختلفة قد تركت وظائفها [و لم تتأذى تلك الأنظمة أو أن نفترض مجموعة صدف اضافية أدت الى تضاعف نسخ اضافية من هذه الأنظمة] ثم تم جمعها فى مكان اخر و تركيبها لصناعة الاليةالجديدة بالصدفة و بالصدفة أيضا كانت هذه البروتينات متوافقة و قابلة للتركيب معا و لم يأت معها أى بروتين خاطئ من البروتينات الأخرى الكثيرة فى الخلية. و فى النهاية اذا صدقنا هذا السيناريو الخيالى قلن نجد لدى الدراونة نموذج عملى مفصل لكيفية حدوثه فى الواقع. الطريقة الثانية و المعروفة بالطريق الداروينى غير المباشر وهو طرح الان أور القائم على زيادة التعقيد تدريجيا. تقول فرضية أور أن هناك جزء يقوم بوظيفة ثم يضاف اليه جزء اخر غير ضرورى لكنه يحسن الوظيفة ثم يتم تعديل الأجزاء ليصبح كلا منها ضرورى و غير كاف بمفرده فنظن نحن عندما نرصده اليوم أنه ضرورى و غير قابل للاختزال بينما هو لم يكن ضروريا فى البداية و تتكرر هذه الالية مع سائر أجزاء النظام حتى يصل الى المرحلة الأخيرة و ينتج الشكل النهائى و بعدهاتتغير وظيفته فى صورته الأخيرة. [لابد أن التطور يحاول خداعنا حتى لا نشعر بأفضاله علينا] و كعادة الداروينية فكل ما تم تقديمه سيناريو نظرى خيالى غير قابل للتحقق فى الواقع بدون أمثلة أو تطبيقات أو تفاصيل أو شرح أين ذهب الوظيفة القديمة و لماذا أبقى عليها الانتخاب الطبيعى ان كانت غير مهمة و كيف تغيرت و ما هو المسار التفصيلى لهذا التطور.
ان أقرب مثال وجده الدراونة للسوط البكتيرى هو نظام الافراز من المستوى الثالث Tier 3 Secretion System TTSS و هو مضخة جزيئية تمكن بعض الجراثيم من حقن البروتينات فى الكائن المضيف و تتكون من 10 أنواع بروتينات مشابهة لجزء من السوط. لن نعيد هنا مناقشة فشل الحجة الداروينية القائمة على التشابه كدليل على العلاقات التطورية فقد تم تفنيدها من قبل لكن سنشير الى أن الدراونة لم يقدموا سيناريو تفصيلى حقيقى لكيفية تطور المحقن المجهرى TTSS ذاته و هو معقد و لا كيف تطورت البروتينات العشرين الاضافية المطلوبة و ماذا كانت تفعل من قبل و ماذا حدث لوظيفتها الأصلية و لا كيف تكيفت TTSS لتعمل مع البروتينات الجديدة. ان تطور أى تعقيد خطوة خطوة يقتضى أن يكون هناك سيناريو تكسب كل خطوة فيه ميزة حتى يختارها الانتخاب الطبيعى و هذا سيناريو يفترض التطور وجوده دون أن يثبته لأن مجرد حذف جزء واحد من السوط سيتلفه. هل نحن أصلا لدينا طريق من الخطوات "المفيدة" من البساطة الى التعقيد؟ ثم جاءت الضربة القاضية لاحتمالية كون TTSS سلف تطورى للسوط حيث أن السوط من وجهة نظر تطورية بحتة يجب أن يكون سابق له لأنه أداة حركة و بحث عن الغذاء بينما الية الحقن مرتبطة بالوصول الى الهدف الذى سيتم حقنه و تستخدم ضد خلايا حقيقية النواة و هى تظهر بعد البكتيريا أى أنه يحدث فى مرحلة لاحقة من تاريخ الكائنات التطورى المفترض. طبعا كل هذا و نحن لم نتطرق الى "العمال" و هم بروتينات التركيب التى لا تدخل فى تكوين السوط و لكنها تأتى لتقوم بتركيب أجزاءه المختلفة معا. كيف صنعت أخطاء نسخ الحمض النووى بروتينات تقوم بتركيب بروتينات أخرى فى أشكال ميكانيكية وظيفية؟ الحقيقة أن ماتفعله الداروينية و تسميه تفسيرا هو تخمينات و نظريات خالية من أى تفاصيل حقيقية من التاريخ الطبيعى و قد قال بهذا من علماء الأحياء مثل لين مارجوليس و فرانكلين هارولد.
L. Nguyen et al., “Phylogenetic Analyses of the Constituents of Type III Protein Secretion Systems,” Journal of Molecular Microbiology Biotechnology 2, no. 2 (2000): 125-44;
Dan Jones, "Uncovering the evolution of the bacterial flagellum," New Scientist (Feb 16, 2008).
Lynn Margulis and Dorion Sagan, Acquiring Genomes : A Theory of the Origins of Species (New York: Basic Books, 2002), 103Franklin Harold, The Way of the Cell: Molecules , Organisms and the Order of Life (Oxford: Oxford University Press, 2001), 205
لنقد اضافى لفرضية الاختيار المشترك يرجى مراجعة كتاب تفنيد أركان الداروينية
ان نظام الحقن T3SS تفسه معقد بشكل غير قابل للاختزال و لديه مكونات وظيفية خاصة به لا علاقة لها بالسوط البكتيرى كوجود الية لاستشعار وجود هدف لبدأ الحقن
Veenendal et al., "The type III secretion system needle tip complex mediates host cell sensing and translocon insertion" Molecular Biology 2007 Mar;63(6):1719-30
Janet E. Deane et al., "Molecular model of a type III secretion system needle: Implications for host-cell sensing" PNAS 2006 Aug 15; 103(33): 12529–12533
كما أن بحثا حديثا حاول دراسة TTSS أكثر فوجده معقدا بشكل مذهل فهو يكاد يكون مدفع رشاش جزيئى يقذف الجزيئات المطلوبة بمعدل من 7 الى 60 جزئ فى الثانية مع اليات لتحميل الجزيئات المطلوبة من قلب الخلية و منع التسرب من قلب الخلية أثناء التحميل و اليات لتوليد قوة الدفع المطلوبة للاطلاق أى أنه هو نفسه الة جزيئية معقدة جدا
Sean Miletic, Dirk Fahrenkamp, Nikolaus Goessweiner-Mohr, Jiri Wald, Maurice Pantel, Oliver Vesper, Vadim Kotov & Thomas C. Marlovits "Substrate-engaged type III secretion system structures reveal gating mechanism for unfolded protein translocation"Nature Communications volume 12, Article number: 1546 (2021)
أى أن التطور يفسر وجود الة معقدة بوجود الة معقدة أخرى...حقا انه لتفسير رائع و لكن كيف سنفسر تلك؟ فلنبحث عن الة أخرى و هكذا نستمر فى البحث عن مصدر نقترض منه فى تسلسل أبدى!!!
المبحث الثالث: الحجة المستقاة
تقوم الحجة المستقاة من التعقيد غير القابل للاختزال على 3 نقاط: 1-المنطق 2-العلم التجريبى 3-القوة التفسيرية
فكلا من العقل و المنطق و الدليل التجريبى ينفيان قدرة الطريق الداروينى المباشر فى انتاج هذا التعقيد بالتعديلات الطفيفة بسبب كونه غير قابل للاختزال و التحايل على ذلك بالقفزة التجميعية المفاجئة أمر غير ممكن عقلا و غير حادث واقعا و ينفيه البرهان الاحتمالى. أما الطريقة الغير مباشرة (فرضية الان أور) فهى عاجزة عن الاتيان بدليل علمى أو حتى سيناريو نظرى مفصل ناهيك عن أن انتقال نظام فجأة من وظيفته القديمة الى وظيفة جديدة أمر لا يمكن تفسيره داروينيا بالتنوعات العشوائية. هنا يأتى دور القوة التفسيرية لفكرة التصميم الذكى المتسقة عقلا و منطقا مع التعقيد.
مثال اثرائى: الى جانب نموذج السوط البكتيرى الشهير فهناك نماذج أخرى و بعضها ليس على المستوى الجزيئى فقط مثل نموذج الخنفساء المدفعية
الخنفساء المدفعية تحطم نظرية التطور
منقول من ملخص كتاب تصميم الحياة - د. ويليام ديمبسكي ود. جوناثان ويلز
تعليق