Biológiai információ öröklése
Forrás:
Inheritance_of_biological_Information
Köszönjük Werner Gittnek, hogy megengedte nekünk az alábbi cikk közlését.
Fordította: Konkoly Dávid.
Szaklektor: Dr. Hecker Kristóf.
Alex Williams: a biológiai információ öröklése
I. rész: az öröklődés és az információ természete
Az öröklődés természete
Az öröklődés általánosan elfogadott nézete, amit az iskolákban tanítanak, mendeli. Darwin úgy képzelte el az öröklődést, hogy az mindkét szülő karakterének a keveredése során jön létre, de Mendel kimutatta, hogy az öröklődés részecsketermészetű – konkrét helyzetben lévő, különálló részecskék hordozzák. Ezek a részecskék génekként váltak ismertté, amelyeket a DNS-molekulák kódolt részeiként találtak meg. Ezen molekulák a sejtek magjaiban lévő kromoszómákat építik fel. A darwinisták manapság mindenfajta öröklődést genetikainak látnak, és mivel a gének többé-kevésbé korlátlanul változtathatók, ők ezt annak nyilvánvaló magyarázataként látják, hogyan fejlődött ki minden valami másból a Földön a feltételezett millió évek alatt. Azonban Mendel munkája csak azokat a dolgokat taglalja, amelyek az öröklődés során változtak, nem azokat, amelyek változatlanok maradtak. Például ő a borsó különféle változatait használta fel, olyanokat, amelyek oválisak, ráncosak, zöld vagy sárga szeműek. Egyszerűen magától értetődőnek vette, és így figyelmen kívül hagyta azt a tényt, hogy a borsó borsót termett. A darwinisták még ma sem látják be ezt a tényt, és ragaszkodnak ahhoz az elképzeléshez, hogy a borsó elegendő idő alatt képes másfajta termést hozni. Természetesen minden életformában hatalmas a változatosság mértéke, mégis az összes növény- és állatszaporodással kapcsolatos kísérletünk ugyanazt az eredményt mutatja – borsóból borsó lesz, kutya kutyát hoz világra és ember pedig embert nemz. Ez az eredmény nem összeegyeztethető a darwini várakozásokkal, de összhangban van a Teremtés könyve 1. fejezetével, ahol Isten úgy teremtette meg az élő szervezeteket, hogy a „saját fajtájuk szerint” szaporodjanak.
Sajnálatos módon a kreacionisták még ma is hajlamosak az öröklődéssel kapcsolatos érveléseiket a mendeli terminológia alapján megtenni. Itt az idő, hogy kialakítsuk az öröklődés bibliai elméletét és ez a (hármas felosztású) írás egy kísérlet arra, hogy felvázoljunk néhány elvet, amely egy ilyen elmélethez szükséges. Az I. részben az öröklődés és az információ természetével foglalkozunk, kiemelve Gitt ötdimenziós információelméletét. A II. részben az „információ kihívása” (honnan származik új információ a „goo to you” evolúcióban?) kerül Gitt információelméletének megfelelően újrafogalmazásra. És a III. részben (a TJ egy jövőbeli számában) az információ-átadás és változás kontrolljának biológiai mechanizmusát vizsgáljuk a bibliai elvek fényében.
Statikus és változatos öröklődési struktúrák
Ha az öröklődés teljesen mendeli volt, akkor ez biztosan a darwini modellt részesítené előnyben, mert legalábbis elvben, a kromoszóma bármely része változtatható és ezért a variációk számának korlátlannak kell lennie. Az „elvben” kitétel fontos, mert belső, és külső korlátok is működnek a gyakorlatban. Egy külső megkötés például az organizmus életben maradása, amely gyakorlati korlátozásokat igényel a változások számát illetően egy generáción belül. Egy belső megkötés, hogy azok a változatok, amelyek a szelekciós folyamat bármely fázisán kiválogatódhatnak, ki fogják zárni a törölt változatokat a leszármazás későbbi szakaszaiban. Továbbá, a két nemnek genetikailag kompatibilisnek kell lennie a szaporodáshoz annak érdekében, hogy bármely változást tovább tudjon adni a következő generációnak.
De ez az érvelés egy paradoxonhoz vezet – a kromoszómák potenciálisan végtelenféleképpen variálhatók, miközben az élő szervezetek nem. Ez a gyakorlati megkötések kérdése, ahogy a darwinisták érvelnének, vagy ez működését tekintve egy alapvetőbb probléma? Lehetséges, hogy a kromoszómák az öröklődésnek nem az egyetlen meghatározó tényezői?
A citoplazmás öröklődés ma már jól dokumentált. Olyan sejtszervecskéknek, mint a mitokondrium, a kloroplasztisz és a centriólum, mindnek saját DNS-e van, – amit a Szentírás és az általános kinyilatkoztatás is alátámaszt – ami közvetlenül a lányutódokra adódik tovább az anya petesejtjének citoplazmájában, függetlenül a kromoszomális DNS-től.
Azonban ez a fajta öröklődés még mindig részecskejellegű, kódolt és mendeli. Van egy másfajta öröklődés, amely ettől meglehetősen különbözik – ez a strukturális öröklődés. Az élő sejtek rendkívül komplexek a strukturális és funkcionális szervezetükön belül, amit a sejtbiológiáról szóló tankönyvek is tanúsítanak. Azonban minél többet tanulmányozzuk a sejteket, annál többet fedezünk fel az összetettségükből. Mindezidáig úgy tűnik, nem érünk a végére bámulatosan kidolgozott felépítésüknek. Nemcsak bonyolultak és szövevényesek, hanem lenyűgözően gyorsak és pontosak is abban, amit csinálnak. Például a karbon-anhidráz enzim 2 milliomod másodperc alatt le tud bontani egy szénsavmolekulát. Hasonlóan gyorsan végbemenő kémiai reakcióknak precízen kontrolláltaknak és összehangoltaknak kell lenniük más sejtreakciókkal, ellenkező esetben ugyanilyen gyorsan rossz irányt venne és pusztításba csapna át a sejten belül. És az olyan halálos betegségek, mint a progéria vagy a Tay-Sachs szindróma csupán egyetlen fajta molekula szerkezetében bekövetkező egyetlen hiba miatt kialakulhat. Nem minden molekula ennyire intoleráns a hibára, de az tény, hogy némelyik sejt nemcsak a hibákat tudja megelőzni, hanem rendszerint ki is tudja javítani őket, ha emiatt nincs meg legfelső, 100%-os pontosság.
Ilyen hihetetlenül gyors és pontos biokémia az elektronmikroszkópos tartományban az információszállítás, a kommunikáció és az ellenőrző rendszerek bámulatos rendezettségét igényli, különben a kémiai káosz nem kívánt (és végzetes) kereszt-reakciók túltengését okozná. Az anya petesejtje ezt a teljes struktúrát tartalmazza, amelyet teljes egészében átad a lánysejteknek.
Ennek eredményeként az anyasejt gyors és pontos biokémiája zökkenőmentesen tovább él a lányéban a mutációk és az újraegyesülések bármiféle kölcsönhatása nélkül, amelyek végbemehettek a kromoszómákban.
Ha a mutációk és rekombinációk oly módon mentek végbe a kromoszómákban, hogy módosították a lányszervezetek viselkedését az elődökhöz képest, akkor ezek a hatások az utódnak ezt követő kifejlődése során lépnek életbe, amint a sejt felhasználja a nukleáris információt az új organizmus kifejlődésének és viselkedésének irányításához.
A strukturális öröklődés nagy része fölött a biológusok szemet hunynak. Napjainkig azt gondolták, hogy a sejt-összetevők az osztódás során passzívan kerülnek át az anyából az utód sejtjeibe, a sejtosztódás mechanizmusa megkettőzi a kromoszómákat és eljuttatja őket a lánysejtekbe. Azonban 1999-ben Yaffe azt találta, hogy a citoszkeletonnal összefüggésben van a sejtgépezetnek egy olyan csoportja, amely koordinálja a mitokondrium osztódását és mozgását az egész sejten belül. A mikroszkopikus vizsgálatok jelenkori fejlődése lehetővé teszi ezeknek a strukturális összetevőknek és mozgásuknak a megfigyelését az élő sejtekben. Ha a mitokondrium ilyen jó ellátásban részesül, akkor nyilvánvalóan más sejtösszetevők is hasonlóképpen, ha a sejtosztódásról van szó. Sejtszervecskék, mint a mitokondrium, a peroxiszómák stb. később osztódnak és szaporodnak el vagyis szintén a sejtmagban és az egész sejtben lezajló replikációtól függetlenül.
A mutációk a mitokondriális DNS-ben mennek végbe, és ezt arra használják, hogy felvázolják az ősi leszármazást az emberekben és más fajokban, feltételezve, hogy nem történik újraegyesülés a mitokondriális DNS-ben. Azonban a legújabb felfedezés, mely szerint a rekombináció a mitokondriumban is végbemegy, kétségbe vonja ezeket a feltételezéseket. Az ősi leszármazást igazolni kívánó kutatások azt mutatják, hogy az öröklődés túlmutat a nukleáris kromoszómákon, de figyelmen kívül hagyja a sejt mikrostruktúráját, amely oly létfontosságú minden ilyen folyamat szempontjából.
Sejtszintű öröklődés
A génekre ezután nem tekinthetünk a biológiai öröklődés okozóiként, mert ma már tudjuk, hogy a kifejeződésük feletti irányítás (igény szerinti bekapcsolásuk vagy be nem kapcsolásuk állapota, illetve ezen események időzítése) a sejtben működő epigenetikus mechanizmusokból származik. Ebből az következik, hogy a DNS egyszerűen az információ „könyvtárát” biztosítja és ennek az információnak a felhasználását nem maguk a gének felügyelik, hanem a sejt.
Ha a sejt, és nem gének irányítják az öröklődést, akkor bizonyos megfigyelések, melyek nyugtalanítják a darwinistákat, magyarázhatókká válnak. Például az ausztrál törpekenguruk a kromoszomális rendellenességeknek hihetetlen elrendezését mutatják, mégis fajon belüli egyedek annyira hasonlítanak egymásra, hogy a legtöbb ember nem tudja őket megkülönböztetni.
A kromoszómák szövevényesen vannak feltekeredve, a sejt mégis képes kinyerni belőlük azt az információt, amely a túléléshez szükséges. Ha a gének kontroll alatt lettek volna a feltekeredés fázisa alatt, a darwinisták nagyjából 100 millió évre becsülnék ennek időtartamát, de a bizonyítékok ezen fajok viszonylag nem túl régi elágazására engednek következtetni. A sejt állandóságának hasonló mintázata a genomváltozás ellenére folyamatosan jelen van a baktériumban. Felfedezték, hogy az új génszekvenciák folyamatosan beépülnek a baktériumsejtekbe és beágyazódnak a baktérium genomjába.
A bakteriális genom azonban nem nő egyre nagyobbra, mert rendelkezik egy olyan párhuzamos módszerrel, amely megszabadul a nemkívánatos és felesleges szekvenciáktól. Ennek eredménye, hogy a baktérium folyamatosan „mintavételezi” genetikus környezetét olyan új génszekvenciák után kutatva, amelyek hasznosak lehetnek az őt körülvevő, folyamatosan változó világban. Mindezen változáson túl a baktérium fenntartja integritását mint baktérium. Például egy 10.000 generációnyi Escherichia coli baktériumot vizsgáló tanulmány kimutatta, hogy végül „csaknem minden egyednek eltérő genetikai ujjlenyomata volt”, ők mégis Escherichia Coli-k maradtak. Csak akkor tudunk ezen megfigyelésekre magyarázatot találni, ha a sejt felügyelet alatt van.
Más típusú bizonyítékok a sejtek felépítéséből származnak. Amikor például mikrosebészeti eljárás során sejtmembránokat ültetnek csillószőrökbe, a beültetett membránsablonok átöröklődtek, habár a DNS nem változott. Ez közvetlen bizonyítékot szolgáltat a sejtfelépítésből sejtfelépítésbe való átöröklődésre.
A sejtfelépítés és a DNS kölcsönhatásának egyik szemléltetője a „peroxiszóma” nevű sejtszervecske, amely a hidrogén-peroxid lebontásával méregteleníti a sejteket.
A peroxiszómák kettős osztódással szaporodnak, és mint a többi sejtszervecske, közvetlenül adódnak át anyáról lányára a citoszolban. Bizonyos kromoszomális mutációk elnyomják a peroxiszóma-szaporulatot, és eredetileg úgy gondolták, hogy emiatt az ilyen mutáns sejtek teljesen peroxiszóma nélküliek. Későbbi tanulmányok azonban kimutatták, hogy a peroxiszómák szerkezeti maradványai továbbra is jelen voltak, továbböröklődtek, és a kromoszomális mutáció visszafordulása által újraéledhet a következő generációkban. Ezért úgy tűnik, hogy a sejt olyan strukturális összetevőket ad tovább, amelyekre a gének kooperatív módon reagálnak, hogy reprodukálni tudják a már kifejlett sejtek felépítését.
Tehát a változatlan információ nyilvánvaló forrásával van dolgunk, amely fenntartja a teremtett fajok integritását. Szaporodáskor nemcsak kromoszómák adódnak át az utódba, hanem teljes sejtek – kiegészülve a sejtfalakkal, citoplazmával, sejtszervecskékkel, az alaposan kidolgozott, kiterjedt szállítással, kommunikációval és ellenőrző rendszerrel, amely belül és kívül összeköti a sejteket. Mindezek a genetikus sodródástól függetlenül adódnak át, amely a kromoszómákban megy végbe. Ekképpen biológiailag lehetséges (és talán szembeszökően nyilvánvaló is), hogy a sejtet azonosítsuk az öröklődés egységeként, nem a kromoszómákat. Mivel úgy tűnik, a sejtek változatlanul adódnak át a szülőtől az utódgenerációra, ez magyarázatot adhat arra, hogy az organizmusok miért szaporodnak „a saját fajtájuk szerint” és nem variálhatók korlátlanul, mint ahogy a darwinisták feltételezik.
Az információ természete
Az öröklődés a szülőről a lánygenerációra történő információátadáson keresztül megy végbe. Mivel a genetikus információt (vagyis ami kódolva van a DNS-molekulában) látszólag könnyű megérteni, ezért idáig ez uralta az öröklődésről való tudományos gondolkodást. Maga az információ fogalma azonban meglehetősen összetett és ez a komplexitás behatárolta a kreacionisták azon képességét, hogy szakítsanak a mendeli keretekkel. Az információelmélet, mint tudományág csak 1948-ban indult útjára Claude Shannon híres, „A kommunikáció matematikai elmélete” című dolgozatának megjelenésével. Elektronikus kommunikáción dolgozott (rádió, televízió, telefon), és magas szintű zajvédettség létrehozására volt szüksége, amely biztosítja az üzenetek pontos továbbítását. Bár elismerte, hogy az üzeneteknek „gyakran van jelentésük”, azzal folytatta, hogy „a kommunikációnak ezen szemantikai vonatkozásai műszaki szempontból nem lényegesek”. Ő az információt statisztikailag számszerűsítette, a szimbólumok összes lehetséges elrendezésének számában kifejezve, melyek üzenetet hordoznak.
Az információ számszerűsítésének másik megközelítése az algoritmikus információs elmélet. Ebből a nézőpontból bármely dolog információtartalma a legrövidebb kettes számrendszert használó számítógépes programban van kifejezve, amely képes pontosan leírni azt. Ennek a területnek az egyik úttörő dolgozatában Gregory Chaitin azt állította, hogy ez a módszer elméletben képes a biológiai rendszerek leírására, de elismerte ennek gyakorlati korlátait:
Számítógép segítségével nem tudjuk végrehajtani ezeket a feladatokat (vagyis a biológiai leírásokat), mert annyira bonyolultak számunkra, hogy a programok túl hosszúak lennének. Egy kreacionista biofizikus Lee Spetner az enzimek specifikációjához algoritmikus megközelítést alkalmazott, hogy kiderítse: a genetikus mutációk létre tudnak-e hozni új információt. Miközben ő arra a következtetésre jutott, hogy a mutációk nem képesek erre, addig mások azt állítják, hogy ennek a módszernek egy szigorúbb alkalmazása ezzel ellentétes eredményre vezet, vagyis hogy a mutációk képesek új információt létrehozni. Ez is jól szemlélteti az információra vonatkozó érvelések potenciális összetettségét.
Az Intelligens Tervezés teoretikusa, William Dembski a komplex, specifikus információra vonatkozó művét az előző kettőtől eltérő információs elméletként azonosította. Ő az információt annak legáltalánosabb értelmében úgy határozta meg, mint „egy lehetőség megvalósulása egy másik kizárásával”. Azt állítja, hogy „ez a definíció magába foglalja mind a szintaktikai, mind a szemantikai információt”. Vagyis ő az információt egy multidimenziós valóságként kezeli, nemcsak egydimenziósként, mint ahogy Shannon és Chaitin viszonyultak hozzá. Az első dimenziója statisztikai – összességében úgy definiálja, mint „az elemek valószínűtlen elrendezése”. Később belefoglalja a szintaxis (szabályok felállítása) és a szemantika (a jelentések szimbolikus kapcsolatai) dimenzióit, amikor a specifikust az „előre meghatározott mintához való igazodásként” határozza meg. Azonban Dembski műve itt meg is áll. Werner Gitt, az információ specialistája továbbmegy és kimutatja, hogy az információnak valójában öt dimenziója van.
Gitt információelmélete
A “Kezdetben volt az információ” című könyvében Gitt elemzését semmilyen részletében nem terjeszti ki a biológiára, ezért én most a biológiai információra és az angol nyelvben kifejezett információra alkalmazva fogom kifejteni.
Az eredeti szöveg képaláírás:
A biológiai információ öt dimenziója/szintje.Sz1
Statisztika – jeltípus. A biológiai információ a négy bázisállapotára vonatkozik.
Szemantika – a kodonok jelentése,
Szintaxis – a kodonok sorrendjét és a stop és start pozíciókat tartalmazza,
Pragmatika – a fehérjék működésére vonatkozik,
Apobetika – a genetikai kód célja.
A genetikus kód négy bázisból áll (ez a genetikai ABC), amelyet háromszor veszünk (genetikai szavak). A négy bázis a
guanin (G),
adenin (A),
citozin (C)
és az uracil (U).
A négy bázisból egyszerre három kiválasztása 64 lehetséges hárombetűs szót eredményez (nincs egy-, két- vagy négybetűs genetikai szó). Húsz aminosav van, és mindegyik hárombetűs „kodon” (szó) egy aminosavat vagy egy „stop”/”start” jelet fejez ki. Sok különböző kodon képes ugyanazt az aminosavat kifejezni (mivel a 64 több, mint a 20), de mindegyik kodon csak egy aminosavat reprezentál. Például a GCA, GCC, GCG és GCU mindegyike az alanint fejezi ki, továbbá az UAA, UAG és UGA mindegyike a „stop” jelet reprezentálja, de az AUG fejezi ki egyedül a metionint.
Összehasonlításul vegyünk néhány hárombetűs angol szót. A cat, mat, bat, hat, fly és sky mind olyan hárombetűs angol szavak, amelyek megközelítőleg azonos Shannon-típusú statisztikai információs tartalmat hordoznak. Eközben persze mindannyian tudjuk, hogy ezek a szavak sokkal több információt hordoznak, mint pusztán betűik gyakoriságának statisztikai jellege. A legnyilvánvalóbb extra dimenzió a jelentéstartalmuk. A „cat” (macska) egy szőrős, négylábú emlőst jelöl, a „bat” (denevér) egy repülő emlőst, a „hat” (kalap) egy árnyékot adó kellék az ember fején stb. Ezzel pontosan megegyező módon a genetikus UUU és CGA-kodonok szintén rendelkeznek szemantikus tartalommal – az előbbi a fenilalanin nevű aminosavat jelöli, az utóbbi pedig az arginint.
Az információ következő dimenziója a szintaxis – a szavak helyértékei ill. szabályai. Az „A bat can fly in the sky” (A denevér tud az égen repülni.) angol mondatnak van jelentése, de a „The sky can fly in a bat” (Az ég tud a denevéren repülni) nincs. Hasonlóképpen a szintaxis a genetikus szavak jelentésének egy összetevője. Erre példa, hogy a hexózaminidáz A nevű enzimben lévő aminosavak helyes sorrendjének az eredménye egy egészséges csecsemő, de ennek a sorozatnak egy egyszerű hibája egy súlyos Tay Sachs-betegséggel rendelkező baba megszületésével járhat.
Az információ negyedik dimenziója a pragmatika – a szavak gyakorlati funkciója. Például az „a bat can fly in the sky” egy állítás a denevérek képességéről. Ennek a kijelentésnek egy gyerekkönyvben lehet gyakorlati haszna például, hogy tanítsuk a gyerekeket a körülöttük lévő világról. Az információnak mindig van valamennyi gyakorlati alkalmazhatósága; nemcsak úgy lebeg a levegőben arra várva, hogy valahol letelepedjen és hasznossá váljon. Ezzel pontosan párhuzamba állítva a hexózaminidáz A-ban lévő aminosavnak az emberi agysejtek zsírszövetének rendellenes felépítésének megakadályozásában van gyakorlati funkciója.
Az információ ötödik dimenziója az apobetika (teleológia vagy teleonómia) – az az általános cél, amely eléréséért egy meghatározott szósorozat létrejött. A fent említett gyermekkönyv példájánál maradva az általános cél az, hogy a szülők gyermekeiket annak érdekében tanítják meg a körülöttük lévő világra, hogy felnőve hasznos állampolgárok váljanak belőlük (és akár azért is, hogy majd gondot viseljenek idős szüleikről).
A hexózaminidáz A-ban lévő aminosav esetében az általános cél az, hogy létrejöjjön egy életképes ember, aki képes Isten dicséretére és legyen utóda. Eme cél elérésének kudarca ahhoz vezet, hogy az agysejtek a zsíros ganglion-molekulák által eltömődnek, amely agysorvadáshoz és csecsemőhalálhoz vezet.
Most már látjuk, hogy Shannon információhoz való statisztikai megközelítése figyelmen kívül hagyja az információ mind a négy „extra” dimenzióját. Az ok nagyon egyszerű – Shannon eredetileg az információ fogalmának számszerűsítésében volt érdekelt, amely a szemantika, a szintaxis, a pragmatika vagy az apobetika esetében nem könnyű. Ezek nem kevésbé valóságosak azonban, és ez az a kihívás, amellyel a kreacionisták szembenéznek. Nem mondhatjuk egyszerűen azt, ahogy Shannon tette, hogy „a kommunikációnak ezen szemantikai vonatkozásai műszaki szempontból nem lényegesek”. Biológiai értelemben biztosan nem lényegtelenek. A biológiai információ magasabb dimenziói, a molekuláris biológia ötven éve a tudásban hatalmas fejlődést hozott, de nem fogsz találni semmilyen vitát a biológiai információ ezen „extra” dimenzióiról semmilyen általánosan elfogadott biológiai tankönyvben. Semmi kétség, hogy a haladás anélkül zajlik, hogy a problémát egyáltalán meghatározzuk. Azonban semmilyen biológiailag realisztikus világkép sem tud fejlődni anélkül, hogy feltegyük a kérdést, ez esetben a „jelentéssel”, a „rendezettséggel”, a „gyakorlati alkalmazhatósággal” és a „céllal” van dolgunk. Ahhoz, hogy ezeket az extra dimenziókat beemeljük a biológiával kapcsolatos vizsgálódásunkba, először többet kell megtudnunk róluk.
Szemantika
A szemantika lényege a szimbolika. A „cat” angol szónak nincs statisztikai, alfabetikus vagy biológiai kapcsolata a szőrös emlősállattal, amire vonatkozik. A kapcsolat teljesen tetszőleges. Az ezzel azonos (és egyben különböző) szavak oroszul, kínaiul és arab nyelven éppen annyira kielégítőek a kitűzött cél szempontjából, mint az angol szó. Az angolul beszélők a múltban a „cat” szót választották és megegyezés szerint továbbra is ezt használjuk a hatékony kommunikáció fenntartása érdekében. Minden nyelvben a szőrös emlős és az őt jelölő szó közötti kapcsolat tisztán jelképes. A szimbólumok használata az elmének egy olyan tevékenysége, amelynek a biológiában nincs semmilyen fizikokémiai alapja. Egy többnyelvű ember egy macskáról több nyelven tud beszélni, mégis ugyanarról a dologról beszél különböző szimbólumok segítségével. Csak az elme – és semmi más nem – képes kapcsolatot teremteni a szavak és azon dolgok között, amelyeket jelölnek.
A genetikus kód esetén az UUU és a fenilalanin közötti kapcsolat hasonlóképpen szimbolikus. Nincs semmilyen fizikokémiai vagy biológia magyarázata annak, hogy az UUU miért nem jelölheti a glicint, a lizint vagy a szerint a fenilalanin helyett. Valamikor „valaki” úgy döntött, hogy az UUU a fenilalanint fogja jelölni. És a szülő-lány sejtek közötti hatékony kommunikáció fenntartása érdekében ez a szabály azóta is szigorúan be van tartva. Amíg a sztenderd kódból néhány variáció létezik egyes mikrobákban és a mitokondriumban, a szimbolika stabilan működik minden ilyen leszármazási ágban. Valójában a kódban lévő csekélyszámú variációs lehetőségek megerősítik a kodon és az aminosav közötti kapcsolatok korlátlanságát – a szimbólumok megváltoztathatók!
Mivel a szemantika a szimbolikán alapul, és a szimbólumok alkalmazása egy tisztán mentális kapcsolat a tárgyak és a szimbólumok között, ez megmagyarázhatja, hogy az evolucionista biológusok miért hagyják figyelmen kívül a biológiai információban lévő „extra” szinteket. Nem akarnak beépíteni semmilyen antropomorfizmust (vagy még rosszabbat) a naturalisztikust biológiájukba.
Szintaxis
A szintaxis lényege a struktúra. Ahogy már említettük, az „A bat can fly in the sky” angol mondatnak van jelentése, de a „The sky can fly in a bat”-nek nincs. Az angolban a szórend a jelentés szempontjából nagyon fontos. Mégis az angol szintaxis szabályai tetszőlegesek – ezek a szabályok különböznek más nyelvekben. A görögben például a szórend anélkül változtatható meg, hogy megváltozna a jelentés, de a különböző szórendek különböző hangsúlyt adnak ugyanahhoz a jelentéshez.
A genetikai kód szintaxisa olyan mint az angol nyelv, ahol a szavak rendje döntő fontosságú a jelentés szempontjából.
Az egyik legkisebb biológiailag hasznos fehérjemolekula az inzulin. 51 aminosavat tartalmaz. Ma már 2051 = 1066-féleképpen lehet 51 aminosavat láncba rendezni, de ezek közül csak nagyon kisszámú, amely biológiailag hasznos. Például a marhák inzulinja csak két helyen tér el az emberi inzulintól, és a sertés-inzulin csak egy helyen. Még a halak inzulinja is elég hasonló az emberi inzulinhoz, hogy hatékonyan tudjon működni bennük. A hexózaminidáz A egy nagyjából átlagméretű molekula és 529 aminosavat tartalmaz. 20529 = 10688 különbözőféleképpen lehet 529 aminosavat egy fehérjeláncba rendezni, azonban a sorozat mindössze egyetlen apró hibája elegendő lehet a halálos Tay-Sachs betegség kialakulásához. Más fehérjék nagyobbak lehetnek – a titin nevű, izomban lévő fehérje például 27.000 aminosavból áll. Az aminosavak fehérjékben végbemenő lehetséges helytelen összekapcsolódásainak a becsült száma 2027.000 = 1035.127. Az a tény tehát, hogy ezek legtöbbször pontosan a helyes sorrendben állnak össze, és csak a legpontosabb variációkat engedik meg, azt bizonyítja, hogy a sejtek különösen érzékenyek a genetikai nyelvben jelen lévő szintaxisra.
Pragmatika
A pragmatika lényege a kontextus. Az „A bat can fly in the sky” angol mondat közöl valamit a kicsi, szőrös emlős képességeiről (tud repülni) és hogy hol tudja ezt gyakorolni (az égben). De ennek a mondatnak nincs funkciója önmagában. Teljesen az angolul beszélő-írótól/olvasótól függ a funkciója. Ez csak egyetlen összetevője egy nagyobb dolognak, amely részletesebben jellemzi a denevéreket.
Amiként egy angol mondat a funkcióhoz igényel egy kontextust (író és/vagy olvasó), ugyanígy egy fehérje-molekula funkciója teljesen a sejttől függ. Élet nem létezik a sejteken kívül. A vírusok egyszerűbbek, mint a sejtek, de csak funkcióval rendelkező gazdasejteken belül tudnak szaporodni. Egyes mikrobáknak sejten kívüli szakaszaik is lehetnek, de megőrzik a sejttartalmak és mechanizmusok teljes mennyiségét, és egy sejtszakaszt igényelnek életciklusuk kiegészítéséhez.
A fehérje biológiai funkciója nem csak az aminosav-sorozatából ered, hanem a háromdimenziós alakjából is. Egy fehérjeláncban lévő precíz aminosav-szekvencia meghatározza, hogy hogyan tud felcsavarodni egy háromdimenziós állapotba. Egy rossz aminosav a rossz helyen egy eldeformálódott 3D-szerkezetet eredményezhet és így képtelen ellátni szükséges funkcióját. Van a fehérjéknek egy csoportja, ezek a kaperonok amelyek sok fehérjékre megfelelő feltekeredéséhez szükségesek; tehát az aminosav-szekvencia csak a kaperonokkal együtt hozza létre a megfelelő formát. Emellett az az összefüggés, amelyben minden sejtben lévő molekula a funkcióját ellátja, rendkívül dinamikus – a molekulának elő kell tűnnie, amikor és ahol szükség van rá, és eltűnnie, amikor és ahol nincs rá szükség. Ha például a hexózaminidáz A nem jelenik meg a megfelelő időben és helyen vagy nem megfelelően látja el a funkcióját, akkor zsíros ganglion-molekulák halmozódnak fel az agysejtekben, és ez a sejtek degenerációját és a gyermek halálát idézi elő.
Apobetika
Az apobetika lényege a fordított okság – a jelen folyamatai valamilyen jövőbeli cél érdekében mennek végbe. Minden emberi nyelvnek van célja – az egyének közötti kommunikáció. Nagyon sok más organizmus (talán az összes) sokféleképpen kommunikál egymással és mindegyiknek van célja vele, de csak az emberek használnak szintaktikus nyelvet. Például a fehérfarkú szarvas farkának feltartásával jelzi a veszélyt. A fehér farok feltűnésének jelentéstartalma van – közeli veszélyt jelez. De nincs szintaktikus adottsága, mint az angol nyelvnek, ahol 26 betű különbözőképpen kombinálható úgy, hogy szavak százezreit alkossa meg, amelyek aztán végtelenféleképpen rendezhetők úgy össze, hogy korlátlan számú különböző gondolatot és üzenetet kommunikáljanak. A majmok képesek ugyan több száz szimbólumot megtanulni és egy viszonylag széleskörű jelentéstartalmat kommunikálni, sőt kommunikációjuk még pragmatikus és apobetikus elemeket is magában hordoz, ennek ellenére nincsenek szintaktikus adottságaik, mint az embereknek.
A DNS-nyelvnek szintén van célja. Az embriológia tudománya érthetetlen lenne apobetika nélkül. Például a sztegoszaurusz hátán lévő hatalmas csontlemezeknek nincs gyakorlati hasznuk az embrió számára, a sztegoszaurusz embrió mégis kifejleszti ezeket a lemezstruktúrákat. Az ok, amiért ezt teszi, a felnőtt haszna (jelenleg úgy tartják, hogy a felnőtt állat a hőmérséklet-szabályozásra használta őket).
Az eredmény (a felnőtt haszna) meghatározza a módot (az embrióban zajló kifejlődést). A nem-biológiai okság gyakran fordítva játszódik le – az ok megelőzi az okozatot. De a biológiában az okozat (embrionális fejlődés) megelőzi az okot (a felnőtt organizmus szükségletei). A fordított okság az apobetika lényege. Ennek az írásnak a 2. részében, amikor felhasználjuk Gitt elméletét az információváltozás elemzéséhez, azt fogjuk találni, hogy az apobetika az információváltozás meghatározó tényezője.
Gitt elméletének alkalmazása a biológiára
A géntechnológiai szakemberek és nem a darwinisták azok, akik a biológiai információt teljes terjedelmében felhasználják. Ők azok, akik szemantikus tartalmak után kutatnak (például hogy milyen fehérjére vonatkozik egy bizonyos kodon-szekvenciára), míg a darwinista filogenetikusok egyszerűen arra használják a DNS-szekvenciák közötti általános hasonlóságot (amely független a szemantikus tartalomtól), hogy filogenetikus fákat építsenek fel. A géntechnológia az ahol kidolgozzák a gének szintaxisát (vagyis ahol a kromoszómákban előfordulnak és amilyen a kapcsolatuk a közeli és/vagy belső nem-kódoló szekvenciákkal). A géntechnológia az ahol felfedezik a pragmatikát (vagyis, hogy valójában mit is csinálnak a gének). És ahol, a megszerzett tudást új célok elérésére alkalmazzák (apobetika) úgy, mint a génterápia és a gabonahozamnövelés. A biológiai információ ilyen mérvű elemzése a darwinizmus halálát jelenti, mert amit a darwinisták a „tervezés megjelenéseként” elvetnek, az válik az „intelligens tervezéssé” a genetikai „mérnökök” kezeiben. Mégis úgy tűnik, hogy még a géntechnológia alkalmazói számára számára sem tűnik fel, hogy tevékenységük az intelligens tervezés modern megfelelője. Azonban az a tény, hogy a géntechnológusok az információ bármilyen új biológiai elméletének felállítása nélkül dolgoznak tovább, azt mutatja, hogy milyen nehéz megérteni és a gyakorlatba átültetni ezeket a koncepciókat. Mégis, egy olasz biológus, Marcello Barbieri úgy gondolja, megtalálta egy módját az információ pusztán statisztikai nézőpontjától való továbblépésre, amelyet ő a biológia szemantikai elméletének nevez. Ő vitatja, hogy ne tudnánk fejlődést elérni ezen a területen addig, amíg találunk egy mechanikai modellt, amelyből ki tudunk fejleszteni egy matematikai modellt, amelyet aztán az információ egységesítésére és szervezésére tudunk használni és kísérletileg igazolható előrejelzéseket tenni.
Magyarázatképpen Barbieri rámutat a darwini elmélet alapjául szolgáló mechanikai és matematikai modellekre. Darwin természetes szelekcióra vonatkozó saját elméletét úgy fejlesztette ki, hogy összehozta a növények és állatok szaporodásával kapcsolatos kísérleti eredményeket (melynek lényege, hogy az organizmusok olyan csekély számú variációkkal szaporodnak, amelyek később öröklődnek át) Thomas Malthus népesedési modelljével (mely szerint a populációk exponenciálisan növekednek, és ez versenyt kényszerít ki az erőforrásokért). Barbieri ezután a mendeli (genetikus) életszemlélet mechanikai modelljeként egy számítógépet használ. Ennek hardvere és szoftvere egy megfelelő analógia, ha a sejtet hardverként, a genomot szoftverként fogjuk fel. De a számítógépek nem javítják és reprodukálják magukat szüntelenül, ahogy a sejtek teszik, tehát ez világosan leleplezi ennek a genetikus életszemléletnek a hiányosságát. Valamire még szükség van.
Barbieri egybegyúrta az embrionális kifejlődés problémáját (vagyis, hogy hogyan tud egyetlen sejt valamibe differenciálódni, amely olyan komplex, mint egy fa vagy egy emberi létező) egy zseniális matematikai megoldással, amelyet ő fejlesztett ki a komputertomográfiás képek egy nem befejezett adathalmazból történő sokszorosításának problémájára. A komputertomográfiás probléma analitikai megoldásai (amelyek lényegre törő, pontos megoldások) léteznek, de csak ésszerűtlenül kis adathalmazok esetén. Valóságos (nagy) adathalmazok esetén ismétlődő metódusra van szükség. De egy összetett tomográf-sor alkalmazása szörnyen lassú és hatalmas mennyiségű számítógép-memóriát emészt fel.
Barbieri felfedezte, hogy a kapott eredmény mátrixhoz egy memóriamátrix kapcsolásával (vagyis nemcsak lépést tartva az aktuálisan legjobb képábrával, hanem emlékezve a múlt fontosabb eseményeire) gyorsan eljutott a kívánt képminőséghez a teljes tomográfiás állomány mindössze 10%-ának használatával.
Ezt az elvet az embriológiai fejlődésre alkalmazva Barbieri azzal érvel, hogy a zigótából a felnőtt egyed kifejlődése a felnőtt organizmus rekonstrukciója a hiányos kezdő információból (amely csak a zigótában van jelen). Modellje előrejelzi a biológia sejtközi állományainak létezését, amely segíti a folyamatot, és képes megnevezni belőlük néhányat. Például, amikor az embrionális sejtek szétválnak, akkor életük végéig differenciáltak is maradnak. Az elkülönülés emlékének ezért valahol meg kell kötődnie minden egyes sejten belül. Hasonlóképpen minden sejt organizmuson belüli elhelyezkedése egy életre rögzül (és számottevő mértékben átrendezhető pl.: a rovar átalakulása során), tehát az emlékezet tervrajzának valahol léteznie kell. Ezt más példákkal is illusztrálja.
A memóriának tehát, hogy egy organizmus (vagy egy számítógép) funkcionális részét képezze, szükség van egy olyan kódra, amely a memóriában minden elemet összekapcsol az organizmuson belüli funkcionális kiegészítőjéhez. Példaként a genetikus kód összekapcsolja a DNS kodon szekvenciákat (azaz a genetikus memóriát) a funkcionális aminosav szekvenciákkal a fehérjékben. Hasonló módon lennie kell egy megkülönböztető kódnak, amely az „elkülönítő memóriában” lévő információt összeköti a sejtben lévő kijavító mechanizmusokkal, amelyek szüntelenül fenntartják a sejtet elkülönült állapotában. Barbieri elismeri, hogy sok tennivaló van még ezeknek az elképzeléseknek a tesztelése és továbbfejlesztése terén, de mindenképp úgy tűnik, hogy ajtót nyitott az élettel kapcsolatos új nézőpontok felé. Szemantikus elméletének három fő pontja a következő:
1. A sejt alapvetően egy epigenetikus rendszer, mintsem genetikus (vagyis a sejtek és nem a gének irányítják az öröklődést).
2. Amíg a gének egy genetikus memóriát biztosítanak a sejt számára, vannak másfajta (felfedezésre és leírásra váró) memóriák, amelyek az embrionális fejlődést sok szempontból elősegítik.
3. Minden memóriának van egy egyesült kódja – egy korlátlan, de tovább nem egyszerűsíthető rendszer (lásd lejjebb) – hogy lehetővé tegye a memória információjának végrehajtását a sejt folyamatos önellátásán belül.
Következtetés
Gitt információ-elmélete egy teljesen új látásmódot nyújt a biológiához. Itt a cél (apobetika) válik az elsődleges tényezővé a darwinizmusban előforduló véletlen helyett. A teremtett fajok változatlansága a biológiai információ megőrzését követeli meg, és nem a folyamatos változásét, amely a darwinizmusban elvárt. A többdimenziós információ szintén egy rendkívül összetett dolog és az élet egy új megközelítését igényli. Barbieri szemantikus biológiaelmélete ebben előrelépést kínálhat.
Ezen írás II. részében újrafogalmazom az „információs kihívást” (hogy az ősleves evolúciójában honnan származik új információ) Gitt elmélete alapján. A III. részben (amely a TJ jövőbeli kiadásában jelenik meg), megvizsgálom az információ biológiában lezajló átadására és változására vonatkozó kísérleti bizonyítékokat.
Összefoglalás
A kreacionistáknak újra kell gondolniuk az öröklődésről alkotott fogalmaikat. Az általánosan elfogadott szekuláris nézet a nem kielégítő mendeli (öröklődési) paradigmán és az információ statisztikai elméletén alapul. Az új megközelítésnek a bibliai teremtésen és Werner Gitt többdimenziós információs elméletén kell nyugodnia. A többdimenziós elmélet kulcseleme az apobetika (cél, különösen a Teremtő szándéka) és ez magyarázatot ad a darwinisták kudarcára, amikor ölre mennek a biológiai információ valóságával, mert elutasítják a tervezésalapú megközelítést. Két különböző cél azonosítható be a biológia bibliai nézete szerint – a teremtett fajok állandósága és a fajokon belüli változatosság. Nekünk ezért kétfajta információs struktúra után kell néznünk – egy, amely leírja az állandóságot, és egy, amely a variációt. A sejt lehet az öröklődés alapegysége, amely az állandóságot biztosítja, sejtmagon kívüli tartalma változatlanul adódik át a szülőtől a lány-generációra. A kromoszómák kódolt információja is erősen konzervált, de ezenfelül szabályozott variációt biztosít a teremtett fajon belül. A szemiotika új tudománya néhány hasznos eszközzel szolgálhat a biológiai információ többdimenziós megközelítésének megvalósításához.
Köszönjük a megtisztelő figyelmét!
Ha még nem olvasta javasoljuk az előző kapcsolódó oldalunkat, ha már olvasta a következő oldalt ajánljuk Önnek tanulmányozásra.
Előző oldal:
Andrew McIntosh, matematikus: Biológiai információ.
Következő oldal:
John R. Baumgardner, geofizikus: Hogyan keletkeznek a kódolt nyelvi szerkezetek?
Aki a téma irányt bővebben érdeklődik:
PDF: Werner Gitt professzor: Kezdetben volt az információ című könyve a PDF fájlok oldalon elolvasható.
Információelmélet
A teremtéstudomány honlapon összeválogatott videók közül az alábbiak szorosan a témához tartozik:
Stephen Meyer: Honnan származik a DNS molekulában lévő digitális információ?
Dr. Farkas Ferenc, vegyészmérnök: A meghökkentő DNS 1-4.
Dr. Farkas Ferenc, vegyészmérnök: A sejtbe kódolt információ 2.
Tóth Tibor: A genetikai kód, olyan bonyolult…
Dr. Andrien Bury: Honnan származik az információ?
Referenciák
1. Werner Gitt: Kezdetben volt az információ, 3. angol kiadás, Keresztény Irodalom Terjesztés, Bielefeld, Németország, 2001. Werner Gitt: Kezdetben volt az információ, 3. átdolgozott és kibővített kiadás, Hänssler Kiadó, Holzgerlingen, 2002.
2. Gitt, 1. ref., 47-49.o.
3. Gitt, 1. ref., 128-131.o.
4. M. Eigen: Az anyag önszerveződése és a biológiai makromolekulák evolúciója, Természettudomány 58:465-523.
5. A. Williams: A biológiai információ öröklődése – I. rész: Az információ öröklődésének természete, Teremtés folyóirat (TJ) 19(2):29–35, 2005. A. Williams: A biológiai információ öröklődése – II rész: Az „információs kihívás” újrafogalmazása, Teremtés folyóirat (TJ) 19(2):36–41, 2005.
6. N. Wiener: Kibernetika, avagy az állati ill. gépi ellenőrzés és kommunikáció Hermann et Cie, The Technology Press, Paris, 1948.
7. Az energia változatos formákban létezhet (pl. mechanikai, elektromos, mágneses, hő-). Ezek azonban egyenértékűek egymással és ezért kifejezhetők ugyanabban a mértékegységben (pl. Joule-ban).
8. Gitt, 1b ref., 170-180.o.
9. Gitt, 1b ref., 131-150.o.
10. SLI-re rövidítjük a természet információra vonatkozó egyedi törvényeit.
11. Az információ képes irányítani, vezetni, ellenőrizni és optimalizálni az anyagi folyamatokat. Ezeket jól átgondolt és megtervezett programok hajtják végre. Ezek nem az anyag és az információ közötti fizikai vagy kémiai összefüggéseken alapulnak. Ezzel szemben van egy meghatározott kémiai kapcsolat a hidrogén és az oxigén között, amelyek bizonyos körülmények között vízzé egyesülnek.
12. A „Will” itt nem egy olyan döntést jelent, amelyet egy számítógép egy meghatározott algoritmus követése során hoz; inkább egy olyan megszemélyesített will-t jelöl, amely képes eljutni egy szabad és szuverén, előre nem jelezhető döntésre.
13. Ezzel szemben a DNS által hordozott hármas kódot könnyedén lehet oly módon értelmezni, hogy az megfeleljen a szabad választás kritériumának a tetszőlegesség értelmében. Más szavakkal, nem létezik fizikai vagy kémiai magyarázat arra, hogy a sejtek biogépezetének miért kell hozzárendelődniük a hármas GAC-hoz, amely például a „leucin” nevű aminosav kifejeződése. Valójában néhány élesztőgombafaj esetén ez „szerinné” fordítódik le? Ez aláhúzza a lényegét – mivel a kód nem a kémiai és fizikai rendszer szükségszerű következménye, ez egy kezdeti időpontban történő önkéntes kiválasztás eredménye.
14. Az Intelligens Forrás mindig egy olyan individuumra vonatkozik, aki akarattal és tudattal rendelkezik. Ez nincs ellentmondásban az SLI-4c-vel, feltéve hogy az információ szerzője nem minden esetben határozható meg pontosan, és néha csak általánosságban határozható meg, mint a következő példákban:
szövegek az egyiptomi fáraók sírjaiban – egyiptomiak,
történelmi dokumentumok – ismeretlen szerző,
titkos rádióüzenetek – hadsereg,
számítógépes vírusok az interneten – bűnözők,
graffiti – graffitit készítő művészek,
a biológiai rendszerekben található információ – Teremtő.
15. Gitt, 1b ref., 311-313.o.
Werner Gitt a Németországi Aacheni Egyetemen szerzett műszaki tudományokból doktori fokozatot és 1978-ban igazgatója és professzora lett a Szövetségi Fizikatechnológiai Intézetnek (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB) a németországi Braunschweigben. Számos tudományos írása jelent meg az információtudomány, a numerikus matematika és mérnöki irányítás területéről, valamint jó néhány népszerű könyve is, amelyek közül néhányat 15 nyelvre fordítottak le. 1984 óta rendszeres vendég-előadó a Bázeli Független Állami Teológiai Egyetemen Svájcban, ahol a „Biblia és a tudomány” témájában tanít. A kapcsolódó témákban számos egyetemen tart órákat Németországban, Ausztráliában, Japánban, Oroszországban, Dél-Afrikában, az USA-ban és jó néhány európai országban.
Szerkesztői megjegyzés:
Sz1. Werner Gitt informatikai megközelítését egyre több biológus, genetikus, vegyészmérnök, biokémikus, stb. fogadja el. Lásd: Wolfgang Kuhn, biológus professzor: A darwinizmus buktatói című könyvet. 268-271. o.
„Nincs információ az öt hierarchikus sík nélkül:
statisztika (a jelgyakoriságának és a jelátvitelnek a szempontjai),
szintaxis (a kódnak és a mondatképzés szabályainak szempontjai),
szemantika (a jelentés szempontjai),
pragmatika (a cselekvés szempontjai),
apobetika (az eredmény és a cél szempontjai; információ nincs véletlen folytán).”