Darvinova crna kutija - Dr Majkl Bihi

8/14/2019 Darvinova crna kutija - Dr Majkl Bihi

1/327


2/327


3/327

Elektronsku verziju knjigeDarvinova crna kutija (u PDF formatu)

uinili smo besplatno dostupnomna Internetu, za linu

(nekomercijalnu) upotrebu.

Ukoliko elite da nabavite ovu knjiguu tampanom obliku,

poruite je telefonom, na broj 062/200-046(za inostranstvo +38162200046)

Izdava

DARVINOVA CRNA KUTIJAbiohemijski izazov teoriji evolucije

dr Majkl Bihi


4/327

Naslov originala:DARWINS BLACK BOX

- the biochemical challenge to evolutionby Michael J. Behe

copyright za Srbiju:EDEN

Izdava:EDEN d.o.o. Sremska Kamenica

Priprema i tehnika obrada:Dragan Kri

Prevod:Saa Ivanovi

ISBN 978-86-85197-16-1


5/327

Sadraj

Predgovor 7

Prvi deo: Kutija je otvorena

1. Liliputanska biologija 13

2. Zavrtnji i navrtnji 37Drugi deo: Pregled sadraja kutije

3. Veslaj, veslaj 65

4. Rubi Goldberg u krvi 90

5. Odavde do tamo 117

6. Opasni svet 137

7. Smrt na drumu 162

Trei deo:ta nam kutija govori?

8. Objavljuj ili nestani 189

9. Inteligentni dizajn 214

10. Pitanja o dizajnu 238

11. Nauka, ilozoija, religija 262

Dodatak: Hemija ivota 284

Beleke 309


6/327


7/327

7

Predgovor

Molekularni fenomen

Uobiajeno je, skoro banalno, rei da je nauka nainila krupnekorake u razumevanju prirode. Fiziki zakoni su danas toliko dobro

poznati da svemirske sonde nepogreivo lete kako bi fotograisalesvetove udaljene milijardama kilometara od Zemlje. Kompjuteri,telefoni, elektrina struja i nebrojeni drugi primeri svedoe o vla-sti nauke i tehnologije nad prirodnim silama. Vakcine i usevi ve-likog prinosa zaustavili su drevne neprijatelje oveanstva, bolesti glad bar u nekim delovima sveta. Skoro svake nedelje vesti ootkriima u molekularnoj biologiji ohrabruju nadu u lekove zagenske i druge bolesti.

Pa ipak, razumeti kako neto radi nije isto to i razumeti kakoje nastalo. Na primer, kretanje planeta u Sunevom sistemu moese predvideti izvanredno precizno; meutim, poreklo Sunevogsistema (pitanje kako su Sunce, planete i njihovi sateliti nastali)jo uvek je sporno.1 Nauka e moda na kraju reiti ovu zagonetku.Ipak, ostaje injenica da je razumevanje porekla neega razliitood razumevanja naina na koji neto svakodnevno funkcionie.

Nadmo nauke nad prirodom navelo je mnoge ljude na pret-postavku da ona moe tavie, mora da objasni i poreklo prirodei ivota. Darvinov predlog da se ivot objasni prirodnim odabi-ranjem koje deluje na postojee varijacije iroko je prihvaen unaunim krugovima ve vie od jednog veka, iako su osnovni me-hanizmi ivota do pre nekoliko decenija bili tajna.

Savremena nauka je uvidela da je, u osnovi, ivot molekularnifenomen: svi molekuli deluju kao navrtnji i zavrtnji, zupanici ikoturovi biolokog sistema. Svakako da postoje sloene bioloke


8/327

8

Darvinova crna kuja

odlike (kao to je cirkulacija krvi) koje se ispoljavaju na viimnivoima, ali sitni detalji ivota oblast su biomolekula. Zbog togabiohemijska nauka, koja prouava te molekule, ima za svoju misi-

ju istraivanje same osnove ivota.

Od polovine 20. veka biohemija je marljivo rasvetljavala funk-cionisanje ivota na molekularnom nivou. Darvin nije znao zatopostoje varijacije unutar vrste (jedan od zahteva njegove teorije),ali je biohemija utvrdila njihovu molekularnu osnovu. Nauka de-vetnaestog veka nije mogla ni da pretpostavi mehanizam procesavienja, imuniteta ili kretanja, ali je savremena biohemija otkrila

molekule koji omoguavaju te i druge funkcije.Nekad se oekivalo da e se ustanoviti da je osnova ivota kraj-

nje jednostavna. To oekivanje je palo u vodu. Pokazalo se da vid,kretanje i druge bioloke funkcije nisu nita manje sloene od tele-vizijskih kamera i automobila. Nauka je ostvarila ogroman napre-dak u tumaenju hemije ivota, ali je sloenost biolokih sistemana molekularnom nivou paralisala pokuaj nauke da objasni nji-hov nastanak. Praktino nije bilo pokuaja da se objasni nastanak

speciinih, sloenih biomolekularnih sistema, a jo manje probo-ja na tom planu. Mnogi naunici su hrabrili da su objanjenjave nadomak ruke, ili e stii pre ili kasnije, ali nikakva potporaza takvo tvrenje ne moe se nai u profesionalnoj naunoj lite-raturi. to je jo znaajnije, postoje ubedljivi razlozi zasnovani nastrukturi samih sistema da se jednom zauvek ospore Darvinovaobjanjenja nastanka ivotnih mehanizama.

Evolucija je leksibilna re.2

Jedna osoba je moe koristiti zaoznaavanje neega jednostavnog kao to je promena tokom vre-mena, a druga tako da znai postanak svih ivotnih oblika odzajednikog pretka, ostavljajui mehanizam promene neodreenim.Meutim, u svom irokom, biolokom smislu evolucija oznaavaproces kojim je ivot nastao od neive materije i u potpunosti serazvio prirodnim putem. To je smisao koji je Darvin dao toj rei, iznaenje koje ima u naunoj zajednici. To je i smisao u kome kori-

stim re evolucija u ovoj knjizi.


9/327

9

Predgovor

Izvinjenje zbog detalja

Pre nekoliko godina Deda Mraz je za Boi mom najstarijem

sinu poklonio tricikl. Naalost, obzirom da je veoma zauzet, DedaMraz nije imao vremena da ga izvadi iz kutije i sastavi pre nego toje krenuo dalje. Zadatak je ostao tati. Izvadio sam delove iz kutije,otvorio uputstvo za sastavljanje, i uzdahnuo. Sastojalo se od estdetaljnih strana: razvrstajte osam razliitih tipova zavrtanja, uba-cite dva rafa od 4 centimetra kroz ruicu u osovinu, zakaite oso-vinu kroz etvrtasti otvor za trup bicikla, i tako dalje. Nisam eleoda itam uputstva, jer sam znao da se ona ne mogu pregledati na

brzinu kao dnevne novine sutina i jeste u detaljima. Ipak samzavrnuo rukave i poeo da radim. Nakon nekoliko asova, triciklje bio sastavljen. Tokom procesa zaista sam proitao svaku instru-kciju u knjiici nekoliko puta i obavio precizne radnje koje je uput-stvo zahtevalo.

Moja odbojnost prema uputstvima je, izgleda, rairena. Iakoveina domainstava ima video-rekorder, veina ljudi ne ume daih programira. Ova tehnoloka uda dolaze sa kompletnim uput-

stvom za rukovanje, ali sama pomisao na dosadno prouavanjesvake reenice knjiice navodi veinu ljudi da poveri posaonajbliem desetogodinjaku.

Naalost, veliki deo biohemije je kao knjiica uputstava, usmislu da je znaaj u detaljima. Student biohemije koji samo pre-leti udbenik provee sasvim sigurno veliki deo sledeeg ispitazurei u tavanicu dok mu grake znoja klize niz elo. Pregledanje

udbenika na brzinu ne priprema studenta za pitanja kao to suDetaljno objasnite mehanizam hidrolize peptidne veze tripsinom,obraajui naroitu panju na ulogu prelaznog stanja energijeveze. Iako postoje opti principi biohemije koji pomau smrtni-ku da razume optu sliku hemije ivota, opti principi vas moguuputiti samo dotle. Inenjerska diploma ne zamenjuje knjiicu sauputstvom za sastavljanje tricikla, niti vam direktno pomae daprogramirate video-rekorder.


10/327

10

Darvinova crna kuja

Mnogi ljudi su, naalost, veoma svesni sitniavosti biohemije.Ljudi koji pate od anemije srpastih elija, trpei veliki bol tokomsvog skraenog ivota, svesni su znaaja sitnih detalja koji su pro-

menili jednu od 146 aminokiselina u jednoj od desetina hiljadabelanevina u njihovom telu. Roditelji dece koja umiru od Taj-Saove bolesti, ili cistine ibroze, ili pate od dijabetesa, ili hemo-ilije, znaju vie nego to ele o znaaju biohemijskih detalja.

Prema tome, kao pisac koji eli da ljudi proitaju njegovo delo,u nedoumici sam - ljudi mrze da itaju detalje, a ipak se pria outicaju biohemije na teoriju evolucije u potpunosti oslanja na de-

talje. Prema tome, moram da napiem knjigu kakvu ljudi ne voleda itaju kako bih preneo ideje. Svejedno, sloenost se mora isku-siti da bi se cenila. Zbog toga, paljivi itaoe, molim za strpljenje:u ovoj knjizi bie puno detalja.

Knjiga je podeljena na tri dela. U Prvom delu se nalaze odreeneosnove i prikazuje se zato se o evoluciji sada mora raspravljati namolekularnom nivou u domenu biohemije. Ovaj deo uglavnomne sadri tehnike detalje, iako se neki provlae tokom rasprave o

oku. Drugi deo sadri poglavlja sa primerima, to je najsloenije.Trei deo predstavlja raspravu o implikacijama biohemijskihotkria.

Prema tome, teka materija je u velikoj meri ograniena naDrugi deo. Meutim, u tom delu slobodno koristim poreenja sapoznatim, svakodnevnim predmetima kako bih preneo svoje ideje,a ak su i u tom delu detaljni opisi biohemijskih sistema svedeni

na najmanju moguu meru. Odeljci koji sadre najvie deta lja bogati sloenim tehnikim nazivima odvojeni su od obinog te-ksta znakom . Neki itaoci e moda odmah prei na Drugi deo.Meutim, drugi e moda eleti da samo letimino prelete taj deoili ak da preskoe neke odeljke, a da se zatim vrate kada buduspremni da usvoje vie. Za one koji ele dublje razumevanje bio-hemije, sastavio sam dodatak koji iznosi neke opte biohemijskeprincipe. Ohrabrujem one koji ele sve pojedinosti, da proitaju

uvodni tekst iz biohemije u nekoj biblioteci.


11/327

Prvi deo

Kutija je otvorena


12/327


13/327

13

1. poglavlje

Liliputanska biologija

Ogranienja ideje

Ovo je knjiga o darvinistikoj evoluciji, ideji koja je nategnu-

ta do krajnjih granica izdrljivosti otkriima biohemije. Biohemi-ja prouava samu osnovu ivota: molekule koji sainjavaju elije itkiva, koji katalizuju hemijske reakcije varenja, fotosinteze, imu-niteta, i jo puno toga.1

Zapanjujui napredak biohemije od sre-

dine pedesetih godina 20. veka pokazuje ogromnu mo naukeda razume svet. Omoguila je mnoge praktine koristi u medici-ni i poljoprivredi. Ipak, moda emo morati da platimo cenu zna-nja. Kada se udari na temelje, zgrade se zatresu; ponekad se srue.

Kada su nauke, kao to je izika, konano otkrile svoje osnove, sta-ra shvatanja sveta morala su biti odbaena, veoma izmenjena, iliograniena samo na odreeni deo prirode. Da li e se to desititeoriji evolucije putem prirodnog odabiranja?

Kao i mnoge velike ideje, Darvinova ideja je elegantno jedno-stavna. On je zapazio da unutar svih vrsta postoji variranje: nekilanovi su krupniji, neki manji, neki bri, neki svetlije boje, i sl.

On je zakljuio da, poto ograniena koliina hrane ne moe daodrava sve organizme koji se rode, oni kojima njihova sluajnavarijacija prua prednost u borbi za opstanak imae vee anseda preive i da se razmnoe, nadvladavajui manje favorizovane.Ako se varijacije nasleuju, onda bi se odlike vrste vremenom iz-menile; tokom velikih vremenskih perioda mogle bi se javiti ve-like promene.

Veina naunika, due od jednog veka, smatralo je da je

praktino celokupan ivi svet, ili bar sve njegove najzanimljivije


14/327

14

Darvinova crna kuja

crte, nastao delovanjem prirodnog odabiranja na sluajne varijaci-je. Darvinova ideja je koriena za objanjavanje kljunova zeba ikonjskih kopita, boje leptira i drugih insekata, i rasporeda ivog

sveta irom planete i kroz vekove. Neki naunici su ak rastegliovu teoriju kako bi tumaili ljudsko ponaanje: zato oajni lju-di vre samoubistvo, zato tinejderi imaju bebe van braka, zatoneke grupe prolaze bolje na testu inteligencije od drugih, i zatose neki religiozni ljudi odriu braka i dece. Ne postoji nita ni or-gan ni ideja, ni ulo ni misao to nije bilo predmet evolucionogodabira.

Skoro vek i po nakon to je Darvin izneo svoju teoriju, evolucio-na biologija je, navodno, imala puno uspeha u objanjavanju obra-zaca ivota koje vidimo oko sebe. Ali pravo funkcionisanje ivotane odigrava se na nivou cele ivotinje ili organa; najznaajniji de-lovi ivih organizama premali su da bi se videli. ivot se odvija udetaljima, a molekuli su ti koji nose te ivotne detalje. Darvinovaideja bi moda mogla da objasni kopita konja, ali moe li da obja-sni osnov ivota?

Ubrzo nakon 1950. godine nauka je napredovala do te mereda je mogla da utvrdi oblike i osobine nekolicinu molekula kojiizgrauju ive organizme. Polagano, marljivo, rasvetljavane sustrukture sve vie biolokih molekula, a o nainu na koji su funk-cionisali zakljuivano je na osnovu bezbrojnih eksperimenata.Nagomilani rezultati velikom jasnoom pokazuju da je ivot zas-novan na mainama mainama sainjenim od molekula! Moleku-larne maine vuku teret sa jednog mesta u eliji do drugog du

autoputeva sainjenih takoe od molekula, dok drugi delujukao kablovi, uad i koturovi kako bi odravali oblik elije. Maineukljuuju i iskljuuju elijske prekidae, ponekad ubijajui elijuili podstiui njen rast. Solarne maine energiju fotona pretvara-ju u hemijsku. Elektrine maine omoguavaju protok struje kroznerve. Proizvodne maine izgrauju druge molekularne maine,kao i sebe same. elije plivaju koristei maine, kopiraju same sebeuz pomo mainerije, uzimaju hranu putem mainerije. Ukratko,veoma preinjene molekularne maine kontroliu svaki elijski


15/327

15

1. Liliputanska biologija

proces. Prema tome, detalji ivota su precizno odreeni, a ivotnamainerija je neverovatno sloena.

Da li se celokupan ivot moe nekako uglaviti u Darvinovuteoriju evolucije? Poto javni mediji vole da objavljuju uzbudljivevesti , i poto neki naunici uivaju da nagaaju o tome kolikodaleko njihova otkria mogu da idu, javnosti je bilo teko da odvo-ji injenicu od pretpostavke. Da biste pronali prave injenicemorate pretraiti asopise i knjige koje objavljuje sama naunazajednica. Nauna literatura izvetava o eksperimentima iz prveruke, i izvetaji su uglavnom osloboeni ispada mate. Meutim,

kao to u kasnije napomenuti, ako pretraujete naunu literaturuo evoluciji, i ako usredsredite svoje istraivanje na pitanje o tomekako su se molekularne maine osnov ivota razvile, nailazitena tajanstvenu i potpunu tiinu. Sloenost osnove ivota paralizo-vala je pokuaj nauke da je objasni; molekularne maine posta-vljaju jo uvek neprobojnu prepreku univerzalnom darvinistikomdomaaju. Kako bismo utvrdili razlog, u ovoj knjizi emo pregle-dati nekoliko zadivljujuih molekularnih maina, a zatim upitati

da li se one ikako mogu objasniti nasuminom mutacijom, odno-sno prirodnim odabiranjem. Iako Darvinov mehanizam prirodnaselekcija koja deluje na sluajne varijacije moe da objasni nekestvari, ne verujem da moe objasniti molekularni ivot. Ne bih seiznenadio kad bi nauka o vrlo malom donela promenu pogleda nasvet jo manjeg.

Veoma kratka istorija biologijeKada stvari u naim ivotima teku glatko, veina nas misli da je

drutvo u kome ivimo prirodno i da su nae ideje o svetu tane.Teko je zamisliti kako su drugi ljudi u druga vremena i na dru-gim mestima iveli ili zato su verovali u stvari u koje su verova-li. Meutim, tokom perioda preokreta, kada se naizgled nesum-njive istine dovode u pitanje, moe da izgleda kao da nita na svetunema smisla. Tokom tih perioda istorija nas moe podsetiti da jepotraga za pouzdanim znanjem dug, naporan proces koji jo nije


16/327

16

Darvinova crna kuja

dosegao kraj. Kako bismo razvili gledite sa koga moemo da sa-gledamo ideju darvinistike evolucije ukratko u izneti istorijubiologije. Na odreeni nain, ta istorija je bila lanac crnih kutija;

kada se jedna otvori, otkrije se druga.

Crna kutija je izraz za ureaj koji neto radi, ali iji je unutranjimehanizam tajanstven ponekada zato to se mehanizam ne moevideti, a ponekad zato to je jednostvano nerazumljiv. Kompjuterisu dobar primer crne kutije. Veina nas koristi te udesne mainebez znanja o tome kako one rade, obraujui tekst i pravei graikeili igrajui igrice u blaenom neznanju o tome ta se deava ispod

kuita. ak i kada bismo skinuli poklopac malo nas bi moglo darazlui zbrku delova koja se unutra nalazi. Nema jednostavneopaajne veze izmeu delova i funkcija kompjutera.

Zamislite da je kompjuter sa dugotrajnom baterijom prenesenhiljadu godina unazad kroz vreme do dvora kralja Artura. Kako biljudi tog doba reagovali na ukljuen kompjuter? Veina bi bila za-panjena, ali bi verovatno neko poeleo da razume tu stvar. Neko bizapazio da se slova pojavljuju na ekranu kada se pritiska dugmad.

Neke kombinacije slova koja odgovaraju kompjuterskim koman-dama mogle bi da promene sliku na ekranu; nakon nekog vreme-na bio bi shvaen manji broj komandi. Nai srednjevekovni Englezimogli bi da veruju da su otkrili tajne kompjutera! Ali bi verovatnoneko uklonio poklopac i video unutranji mehanizam kompjutera.Odjednom bi se teorija o tome kako kompjuter radi pokazala veo-ma naivna. Crna kutija koja je polagano bila deifrovana izloila bipogledu novu crnu kutiju.

U drevnim vremenima celokupna biologija je bila crna kutija,zato to niko nije razumeo ak ni na najoptijem nivou kako ivabia funkcioniu. Drevni ljudi koji su zurili u biljku ili ivotinju i kojisu se udili kako ona funkcionie bili su u prisustvu nedokuivetehnologije. Bili su zaista u mraku.

Najranija bioloka istraivanja zapoela su na jedini dostu-pan nain golim okom.2 Niz knjiga iz vremena oko 400 godi-

na pre nove ere (pripisanih Hipokratu, ocu medicine) opisuju


17/327

17


simptome nekih optih bolesti i pripisuju bolest ishrani i dru-gim izikim uzrocima, a ne delu bogova. Iako su spisi bili poetak,drevni ljudi jo uvek nisu znali nita o strukturi ivih organizama.

Verovali su da je celokupna materija sainjena od etiri elementa:zemlje, vazduha, vatre i vode. Smatralo se da su iva tela sainjenaod etiri tenosti krvi, ute ui, crne ui i sluzi i sve bolestijavljale su se navodno od vika jedne od tih tenosti.

Najvei biolog Grka ujedno je bio i njihov najvei ilozof, Ari-stotel. Roen za Hipokratovog ivota, Aristotel je uvideo (za razli-ku od skoro svih pre njega) da znanje o prirodi zahteva sistemat-

sko posmatranje. Paljivim ispitivanjem utvrdio je zapanjujuuureenost unutar ivog sveta, sutinski prvi korak. Aristotel jegrupisao ivotinje u dve opte kategorije one sa krvlju, i onebez koje blisko odgovaraju savremenoj klasiikaciji kimenjakai beskimenjaka. U okviru kimenjaka je uspostavio kategori-je sisara, ptica i riba. Veinu vodozemaca i gmizavaca je sme-stio u jedinstvenu grupu, a zmije u posebnu klasu. Iako njegovaistraivanja nisu bila pomognuta instrumentima, veliki deo Ari-

stotelovog zakljuivanja ostaje razuman, pored znanja steenoghiljadama godina od njegove smrti.

Samo nekoliko znaajnih biolokih istraivaa ivelo je u peri-odu od hiljadu godina nakon Aristotela. Jedan od njih je bio Ga-len iz Rima, lekar iz drugog veka nove ere. Galenov rad pokazu-je da paljivo posmatranje spoljanjosti i unutranjosti biljaka iivotinja, iako neophodno, nije dovoljno za razumevanje biologi-je. Na primer, Galen je pokuao da razume funkciju ivotinjskih or-

gana. Iako je znao da srce pumpa krv, prostim posmatranjem nijemogao da utvrdi da krv krui i vraa se do srca. Galen je pogrenotvrdio da je krv ispumpavana iz srca da bi navodnjavala tkiva, ada se nova krv neprestano proizvodi da bi dopunjavala srane za-lihe. Njegovo uenje vailo je skoro 1500 godina.

Tek je u 17. veku Englez Vilijam Harvi (William Harvey), izneoteoriju da krv neprestano tee u jednom smeru, krui i vraa se u

srce. Harvi je proraunao da bi srce, ako pumpa samo 57 grama


18/327

18

Darvinova crna kuja

krvi po otkucaju, pri 72 otkucaja u minutu, za jedan sat ispum-palo 245 kilograma krvi trostruku teinu oveka! Poto je pro-izvodnja tolike koliine krvi u tako kratkom vremenskom periodu

oigledno nemogua, sledilo je da se krv ponovo koristi. Harvijevologiko razmiljanje (potpomognuto tada jo novim arapskim bro-jevima, koji su uinili raunanje lakim) da bi se objasnile stvarinedostupne posmatranju bilo je potpuno novo; postavilo je pozor-nicu za savremenu bioloku misao.

U Srednjem veku tempo naunog istraivanja se ubrzao. Ari-stotelov primer sledio je sve vei broj prirodnjaka. Prvi botaniari:

Brunfels, Bok (Bock), Fu (Fuchs) i Valerius Kord (Cordus) opisa-li su mnoge biljke. Nauna ilustracija se razvila kada je Rondel(Rondelet) detaljno crtao ivotinjski svet. Enciklopedisti, kao toje Konrad Gesner (Conrad Gesner), objavili su velike tomove celo-kupnog biolokog znanja. Line (Linnaeus) je znaajno proirio Ari-stotelov rad na klasiikaciji, uspostavljajui kategorije klase, reda,roda i vrste. Prouavanja uporedne biologije pokazala su mnogeslinosti izmeu raznih grana ivota, i poelo je da se raspravlja o

ideji zajednikog porekla.Biologija je u 17. i 18. veku brzo napredovala kada su naunici

kombinovali Aristotelove i Harvijeve metode paljivog posmatranja ipravilnog razmiljanja. Ipak, i najvea panja i najmudrije razmiljanjetu e se zaustaviti ako znaajni delovi sistema nisu vidljivi. Iako lju-dsko oko moe da razlui objekte veliine desetog dela milimetra,veliki deo ivotnih aktivnosti odvija se na mikro nivou, na liliputan-skoj skali. Tako je biologija dostigla plato: jedna crna kutija, krup-

na struktura organizma, otvorena je samo da bi se otkrila crna kuti-ja inijih nivoa ivota. Kako bi nastavila dalje, biologiji je bio potrebanniz tehnolokih otkria. Prvi je bio mikroskop.

Crne kutije unutar crnih kutija

Za soiva se znalo u drevna vremena, i do 15. veka njihova

upotreba u naoarima je bila uobiajena. Meutim, tek u 17. veku


19/327

19


su konveksna i konkavna soiva zajedno postavljena u cev kako biformirala prvi grubi mikroskop. Galilej je koristio jedan od prvihinstrumenata, i bio zapanjen otkriem sloenih oiju insekata. Ste-

luti (Stelluti) je posmatrao oi, jezik, antene i druge delove pele iika. Malpigi (Malpighi) je potvrdio cirkulaciju krvi kroz kapilarei opisao rani razvoj srca embriona pileta. Nemija Gru (NehemiahGrew) je prouavao biljke; Svamerdam (Swammerdam) je seciraovodeni cvet; Levenhuk (Leeuwenhoek) je bio prva osoba koja jeikada videla bakterijsku eliju; a Robert Huk (Hooke) je opisaoelije plute i listova (iako nije uvideo njihov znaaj).

Otkrivanje neoekivanog siunog sveta je otpoelo odbaciva-njem utvrenih miljenja o tome ta su ivi organizmi. arls Sin-ger, istoriar nauke, napominje da je beskonana sloenost ivihorganizama, otkrivena na taj nain, pogodila ilozoiju koliko ivelianstveni red astronomskog sveta koji je Galilej otkrio pre-thodnoj generaciji, iako je trebalo daleko vie vremena da bi senjene implikacije utisnule u umove ljudi. Drugim reima, ponekadnove kutije zahtevaju da preispitamo sve nae teorije. U takvim

sluajevima moe da se javi veliki otpor novom.elijsku teoriju ivota poetkom 19. veka konano su izne-

li Matijas lajden (Matthias Schleiden) i Teodor van (TheodorSchwann). lajden je radio prvenstveno na biljnim tkivima; zastu-pao je centralni znaaj tamne mrlje jedra unutar elije. van seskoncentrisao na ivotinjsko tkivo, u kome je tee videti elije. Sve-jedno je primetio da su ivotinje sline biljkama po svojoj elijskojstrukturi. van je zakljuio da elije ili sekreti elija sainjavaju ce-

lokupna tela ivotinja i biljaka, i da su na neki nain elije individu-alne jedinice sa sopstvenim ivotom. On je napisao da se odgovorina pitanja fundamentalne moi organizovanih tela nalazi u obra-zlaganju pitanja o pojedinanim elijama. Kao to je lajden do-dao: Prema tome, prvenstveno pitanje je: kakvo je poreklo ovogneobinog, malog organizma, elije?

lajden i van radili su od poetka do sredine 19. veka u vreme

Darvinovih putovanja i njegovog Postanka vrsta. Za Darvina je,


20/327

20

Darvinova crna kuja

kao i za svakog drugog naunika tog vremena, elija bila crna ku-tija. Svejedno, on je pokuao da nae smisao velikog dela biologi-je iznad nivoa elije. Ideja da ivot evoluira nije originalno Dar-

vinova, ali ju je on zastupao daleko najsistematinije, a teorija dase evolucija odvija prirodnim odabiranjem koje deluje na varijaci-je bila je njegova.

U meuvremenu, elijska crna kutija postepeno je otvarana.Istraivai elije iskoristili su mikroskop do njegovih granica, kojesu postavljene talasnom duinom svetlosti. Iz izikih razloga mi-kroskop ne razaznaje dve take meusobno udaljene otprilike po-

lovinu talasne duine svetlosti koja ih osvetljava. Poto je talasnaduina vidljive svetlosti priblino deseti deo prenika bakterijskeelije, mnogi mali, znaajni detalji elijske strukture jednostavnose ne mogu videti svetlosnim mikroskopom. Crna kutija elije nijese mogla otvoriti bez daljih tehnolokih poboljanja.

Krajem devetnaestog veka, pri brzom napretku izike, Tomson(J. J. Thomson) je otkrio elektron; otkrie elektronskog mikrosko-pa usledilo je nekoliko decenija kasnije. Poto je talasna duina

elektrona manja od talasne duine vidljive svetlosti, daleko ma-nji detalji se mogu razluiti ako se osvetle elektronima. Elek-tronska mikroskopija sadri niz praktinih potekoa, od kojih jejedna - sklonost elektronskog snopa da spri uzorak. Meutim,pronaeni su naini da se ovi problemi zaobiu, i nakon Drugogsvetskog rata elektronski mikroskop je dobio veliku ulogu. Ot-krivene su nove subelijskestrukture: u jedru su vieni otvori, aoko mitohondrija (elijskih elektrana) registrovane su dvostruke

membrane. Ista elija koja je izgledala tako jednostavno pod sve-tlosnim mikroskopom, sada je izgledala veoma drugaije. Isto di-vljenje prvih istraivaa svetlosnim mikroskopom, posmatrajuidetalje grae insekata, ponovo su osetili naunici 20. veka kada suvideli sloenost elije.

Na ovom nivou otkria biolozi su pristupili crnoj kutiji najveojod svih. Pitanje kako ivot funkcionie nije bilo ono na koje su

Darvin ili njegovi savremenici mogli da odgovore. Znali su da su


21/327

21


oi za gledanje ali kako, tano, vide? Kako se krv zgruava? Kakose telo bori protiv bolesti? Sloene strukture otkrivene elektrons-kim mikroskopom sastoje se i same od manjih komponenata. Koje

su to komponente? Kako izgledaju? Kako funkcioniu? Odgovo-ri na ta pitanja vode nas van domena biologije, u oblast hemije.Takoe nas vode nazad u 19. vek.

Hemija ivota

Kao to je na prvi pogled uoljivo, ivi organizmi se razlikuju

od neivih stvari. Ponaaju se drugaije. Razlikuju se i pri dodiru:koa i dlaka se lako mogu razlikovati od stene i peska. Veina lju-di je do 19. veka sasvim prirodno mislila da su ivi organizminainjeni od posebne vrste materijala, razliitog od materijalakoji izgrauje neive predmete. Meutim, Fridrih Veler (FriedrichWhler) je 1828. godine zagrejao amonijum-cijanat i bio zapa-njen kad se formirala urea, bioloki otpadni proizvod. Sinteza ureeod neivog materijala razorila je lako razlikovanje ivog i neivog,

i neorganski hemiar Justus fon Libig (Justus von Liebig) tada jepoeo da prouava hemiju ivota (ili biohemiju). Libig je pokazaoda se telesna toplota ivotinja proizvodi sagorevanjem hrane; nepredstavlja jednostavno svojstvenu odliku ivota. Na osnovu ovogsvog uspeha formulisao je ideju metabolizma, kojim telo izgraujei razlae supstance kroz hemijske procese. Ernest Hop-Sejler(Ernst Hoppe-Seyler) kristalizovao je crveni materijal iz krvi (he-moglobin) i pokazao da se vezuje za kiseonik kako bi ga prono-

sio telom. Emil Fier (Fischer) prikazao je veliku klasu supsta-nci - proteine (belanevine), sastavljene od samo dvadeset tipovagradivnih blokova (zvanih aminokiseline) spojenih u lance.

Kako proteini izgledaju? Iako je Fier pokazao da su sastavljeneod aminokiselina, detalji njihovog izgleda bili su nepoznati. Nji-hova veliina ih je postavila ispod dosega ak i elektronskog mi-kroskopa, ali je ipak postajalo jasno da su proteini bili osnovnemaine ivota, katalizirajui hemijske procese i izgraujui elijske


22/327

22

Darvinova crna kuja

strukture. Zbog toga je bila neophodna nova tehnika za prouavanjestrukture belanevina.

U prvoj polovini 20. veka koriena je kristalograija uz pomoX-zraka za odreivanje strukture malih molekula. Kristalogra-ija ukljuuje usmeravanje snopa X-zraka na kristal ili hemikaliju;zraci se rasipaju procesom zvanim difrakcija. Ako se fotografskiilm postavi iza kristala, onda se prelomljeni X-zraci mogu regi-strovati pregledanjem izloenog ilma. Obrazac difrakcije moe,nakon primene naporne matematike, ukazati na poloaj svakogatoma u molekulu. Usmeravanje snopova X-zraka na protein, pri

kristalograiji bi pokazalo njegovu strukturu, ali je postojao velikiproblem: to je vie atoma u molekulu, to je tea matematika, iuopte tei zadatak kristalizacije hemikalije. Poto proteini ima-ju na desetine puta vie atoma od molekula koji se obino ispitujukristalograijom, to ini problem na desetine puta teim. Ali, nekiljudi imaju na desetine puta vie istrajnosti od nas ostalih.

Nakon decenija rada, D. K. Kendru (J. C. Kendrew) je 1958. go-

dine odredio strukturu proteina mioglobina koristei kristalogra-iju; konano, tehnika je pokazala detaljnu strukturu jedne od os-novnih komponenata ivota. I ta se videlo? Ponovo, jo sloenosti.Pre utvrivanja strukture mioglobina, oekivalo se da su proteinijednostavne i pravilne strukture, kao kristali soli. Meutim, uoiviizuvijanu, sloenu strukturu mioglobina nalik na crevo, Maks Peruc(Max Perutz) je uzdahnuo: Da li je potraga za konanom istinomzaista otkrila tako grozan objekat nalik na utrobu? Biohemiarisu od tada uznapredovali u uvaavanju sloenosti strukture pro-teina. Usavravanja kompjutera i drugih instrumenata danas inekristalograiju daleko lakom nego to je bila za Kendrua, iako idalje zahteva znaajan napor.

Zahvaljujui Kendruovom radu na proteinima i (najuvenijem)radu Votsona i Krika na DNK, biohemiari su prvi put zaista upo-znali oblike molekula na kojima su radili. Moe se rei da je ovobio poetak savremene biohemije, koja je od tada vrtoglavo


23/327

23


krenula napred. Napredak u izici i hemiji se takoe prelio i snanopodstakao istraivanje ivota.

Iako, teorijski, kristalograija uz pomo X-zraka moe da odre-di strukturu svih molekula ivih organizama, praktini pro-blemi ograniavaju njenu upotrebu na relativno manji brojbelanevina i nukleinskih kiselina. Ipak, vrtoglavom brzinom seuvode nove tehnike kako bi dopunile i upotpunile kristalograi-ju. Jedna znaajna tehnika za utvrivanje strukture naziva se nu-klearna magnetna rezonanca (NMR). Uz NMR molekul moe dase prouava dok je u rastvoru ne mora da se prethodno krista-

lizuje, to je naporan proces. Kao i kristalograija, NMR moe daodredi preciznu strukturu belanevina i nukleinskih kiselina, alikao i kristalograija, NMR je ograniena samo na deo poznatihbelanevina. Meutim, NMR i kristalograija zajedno su bile ustanju da utvrde strukture broja belanevina dovoljnog da pruinaunicima detaljno razumevanje njihovog izgleda.

Kada je Levenhuk mikroskopom video siunu grinju na malojbuvi, to je nadahnulo Donatana Svifta (Jonathan Swift) da napie

aljivu pesmicu, predviajui beskrajan sled sve manjih i manjihbuva:

Prirodnjaci vide - jedna mala buva.Al jo manje buve na buvi se hrane;ove grizu neke od njih manje buve,i tako u beskraj.

Svift je pogreio; sled se ne nastavlja zauvek. Krajem 20. veka

neverovatno su uznapredovala istraivanja ivota, i kraj je vero-vatno na vidiku. Poslednja preostala crna kutija bila je elija, otvo-rena da bi otkrila molekule, temelj prirode. Dublje ne moemo.tavie, rad ve izvren na enzimima, drugim proteinima, i nu-kleinskim kiselinama rasvetlio je principe koji deluju na os-novnom nivou ivota. Mnogi detalji ostaju da se popune, i nekaiznenaenja nesumnjivo ekaju. Ali, za razliku od ranijih naunika,koji su gledali na ribu ili srce ili eliju, i pitali se ta je to i ta ihpokree, savremeni naunici su zadovoljni to delovanje proteina


24/327

24

Darvinova crna kuja

i drugih molekula dovoljno objanjava osnovu ivota. Od Aristote-la do savremene biohemije, jedan po jedan sloj uklanjan je dok seelija Darvinova crna kutija nije otvorila.

Mali skokovi, veliki skokovi

Zamislite u svom dvoritu jedan metar irok jarak, koji seprotee do horizonta u oba smera i razdvaja va posed od posedavaeg komije. Ako jednog dana sretnete komiju u svom dvoritui upitate kako se tu naao, nemate razloga da sumnjate u odgovor:

Preskoio sam jarak. Ako bi jarak bio irok 2 metra, a on dao istiodgovor, bili biste zadivljeni njegovim atletskim sposobnostima.Da je jarak irok 5 metara, moda biste postali sumnjiavi i zamo-lili ga da ponovo skoi dok gledate; ako bi odbio, alei se na isteg-nut zglob, zadrali biste sumnje, ali ne biste bili sigurni da li lae.Meutim, ako bi jarak u stvari bio kanjon irok 30 metara, nebiste ni za trenutak razmiljali o smeloj tvrdnji da ga je preskoio.

Ali, pretpostavite da va koma mudar ovek preciznije opie

svoju tvrdnju. Nije preao u jednom skoku. Umesto toga, kako kae,u kanjonu se nalazilo niz strmih brda, iji vrhovi nisu vie od 3 me-tra udaljeni jedni od drugih; on je skakao sa jednog uzanog brdana drugo kako bi stigao do vae strane. Gledajui u kanjon, kaetemu da ne vidite nikakva brda, samo irok ponor koji razdvaja vaadvorita. On se slae, ali objanjava da su mu bile potrebne godinei godine kako bi stigao. Tokom tog vremena brda su se povremenoizdizala u ponoru, i on je napredovao kako su ona izbijala. Nakon

to bi napustio brdo ono bi obino prilino brzo erodiralo i raspalose propavi u kanjon. Veoma sumnjivo, ali bez lakog naina da gapobijete, temu razgovora menjate na fudbal.

Ova kratka pria sadri nekoliko lekcija. Prvo, re skok semoe ponuditi kao objanjenje kako je neko preao prepreku, aliobjanjenje moe da varira od potpuno ubedljivog do potpunoneodgovarajueg u zavisnosti od detalja (kao na primer koliko je

prepreka iroka). Drugo, duga putovanja se mogu uiniti daleko


25/327

25


verovatnijim ako se objasne kao niz manjih skokova, a ne kao je-dan veliki skok. I tree, u odsustvu dokaza takvih manjih skokova,veoma je teko dokazati da li je neko u pravu ili grei ako tvrdi da

su potpore za prelazak postojale u prolosti, ali su nestale.

Naravno, alegorija skokova preko uskih jaraka nasuprot kanjo-na moe se primeniti na evoluciju. Re evolucija je prizvana da ob-jasni sitne promene u organizmima kao i one ogromne. Njima seesto daju razliita imena: grubo govorei, mikroevolucija opisujepromene koje se mogu izvriti u jednom ili nekoliko malih kora-ka, dok makroevolucija opisuje promene koje, izgleda, zahtevaju

velike skokove.Darvinov predlog da se ak i relativno male promene mogu javi-

ti u prirodi bio je veliki idejni napredak; opaanje takvih promenapredstavljalo je veoma zadovoljavajuu potvrdu njegove intuicije.Darvin je video sline, ali ne identine vrste zeba na razliitim gala-pagoskim ostrvima i teoretisao da su one potekle od zajednikogpretka. Nedavno su neki naunici sa Prinstona uoili da se prosenaveliina kljuna populacija zeba menjala tokom praenja od nekoliko

godina.3 Ranije je pokazano da se broj tamnih nasuprot svetlim le-ptirovima u populaciji menjao kako se sredina menjala od aavedo iste. Slino tome, ptice koje su evropski doseljenici uneli u Seve-rnu Ameriku razdvojile su se u nekoliko posebnih grupa. Poslednjihdecenija bilo je mogue dobiti dokaze za mikroevoluciju na moleku-larnom nivou. Na primer, virusi kao to je izaziva side, mutirajusvoje omotae kako bi napali ljudski imuni sistem. Patogene bak-terije vratile su se kao sojevi otporni na antibiotike. Mogu se nave-

sti i mnogi drugi primeri.

U malim razmerama, Darvinova teorija je trijumfovala; sadaje nesporna koliko i tvrdnja sportiste da moe da preskoi jarakirok 1 metar. Meutim, na nivou makroevolucije velikih skoko-va teorija izaziva sumnju. Mnogi ljudi su sledili Darvina u tvr-dnji da se velike promene mogu razloiti na verovatne male ko-rake tokom dugih vremenskih perioda. Meutim, ubedljivi doka-

zi u prilog tom stavu nisu se pojavili. Opet, kao i komijinu priu


26/327

26

Darvinova crna kuja

o brdima koja nestaju, mogu li da postoje neuhvatljivi i slabodeinisani mali koraci bilo je teko proceniti... bar do sada.

Sa napretkom savremene biohemije sada smo u stanju da sa-gledamo osnovni nivo ivota. Sada moemo da procenimo moguli navodni mali koraci, neophodni za nastanak velikih evolucionihpromena, ikada da se svedu na dovoljno male. U ovoj knjizi ete vi-deti da u kanjonima koji razdvajaju postojee ivotne forme imaodgovarajuih kanjona koji razdvajaju bioloke sisteme na mi-kroskopskom nivou. Kao i fraktalni obrazac u matematici, gde semotiv ponavlja u sve manjoj i manjoj razmeri, nepremostivi pono-

ri se javljaju ak i na najsitnijem nivou ivota.

Niz oiju

Biohemija je rastegla Darvinovu teoriju do krajnjih granica. Toje uinjeno otvaranjem poslednje crne kutije, elije, iz koje smo ra-zumeli kako ivot funkcionie. Zapanjujua sloenost subelijskihorganskih struktura je ta koja je navela na pitanje: kako je sve

to moglo da evoluira? Da bismo osetili teinu pitanja i da bi-smo okusili ta nas eka razmotrimo jedan primer biohemij-skog sistema. Objanjenje porekla funkcije mora da prati temposavremene mauke. Pogledajmo kako je nauno objanjenje jednefunkcije, vida, napredovalo od 19. veka, a zatim razmotrimo kakoto utie na na zadatak objanjenja njegovog porekla.

U 19. veku, anatomija oka je bila poznata do detalja. Naunici

su znali da zenica oka deluje kao zatvara kako bi proputalaadekvatnu koliinu svetlosti, da se moe videti i sjajno sunce inona tama. Soivo oka skuplja svetlost i fokusira je na mrenjaukako bi formirala otru sliku. Miii oka mu omoguavaju da sebrzo pokree. Razliite boje svetlosti, razliitih talasnih duina,proizvele bi mutnu sliku, ali ono soivo menja gustinu du svojepovrine kako bi ispravilo hromatsku aberaciju (odstupanje). Ovepreinjene metode su zapanjile svakog ko je bio upoznat sa njima.

Naunici 19. veka su znali da, ako bi osobi nedostajala bilo koja od


27/327

27


mnogih sastavnih delova oka, rezultat bi bio ozbiljan gubitak vidaili potpuno slepilo. Oni su zakljuili da bi oko moglo da funkcioniesamo ako je praktino netaknuto.

arls Darvin je takoe znao za oko. U Postanku vrsta Darvinse bavio mnogim zamerkama njegovoj teoriji evolucije prirod-nim odabiranjem. Raspravljao je o problemu oka u odeljku knjigeodgovarajue nazvanom Organi velike savrenosti i sloenosti.Po Darvinovom miljenju, evolucija nije mogla da izgradi sloenorgan u jednom koraku ili u nekoliko koraka; znaajne novine kaoto je oko zahtevale bi generacije organizama koje bi postepeno i

sporo nagomilavale korisne promene. On je shvatio da, ako bi seu jednoj generaciji iznenada pojavio organ sloen kao oko, to bibilo ravno udu. Na njegovu alost, videlo se da je postepen raz-voj ljudskog oka nemogu, jer su njegove mnogobrojne preinjeneodlike meusobno zavisne. Darvin je, da bi evolucija bila uverljiva,nekako morao da ubedi javnost da se sloeni organi mogu formi-rati procesom korak po korak.

Izuzetno je uspeo. Mudro, Darvin nije pokuao da otkrije pravi

put koji je evolucija mogla da koristi kako bi proizvela oko. Umestotoga, ukazao je na savremene ivotinje sa razliitim vrstama oiju(koje variraju od prostih do sloenih) i predloio da je evolucijaljudskog oka mogla da ukljuuje sline organe kao prelazne oblike(slika 1-1).

Evo parafraze Darvinovog argumenta: Iako ljudi imaju sloeneoi tipa kamere, mnoge ivotinje ive sa manje sloenim oima.

Neki mali organizmi imaju samo jednostavne grupe pigmentnihelija ne vie od male mrlje osetljive na svetlost. Teko se taj jed-nostavan organ moe nazvati ulom vida, ali razlikuje svetlost odtame, i time zadovoljava potrebe ovih bia. Receptor svetlosti kodnekih morskih zvezda donekle je sloeniji. Njihovo oko se nalazi uulegnutom regionu. Poto zakrivljenost ulegnua blokira svetlostiz nekih pravaca, ivotinja moe da oseti iz kog pravca dolazi svet-lost. Sposobnost oka da odreuje pravac poboljava se ako zakri-

vljenost postane izraenija, ali vea zakrivljenost takoe smanjuje


28/327

28

Darvinova crna kuja

Slika 1-1

Niz oiju. (Levo) Jednostavna grupa fotoreceptora, kakva se moe

nai kod meduze. (Desno) Kupasto oko kakvo se moe nai kodmorskih prilepaka. (Dole) Oko sa soivom, kod morskog pua.

Preuzeto iz: McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 6th ed.,McGraw-Hill, New York, 1987.

koliinu svetlosti koja ulazi u oko, smanjujui njegovu osetljivost.

Osetljivost se moe pojaati elatinoznom materijom u upljini,to bi delovalo kao soivo; neke savremene ivotinje imaju oi satakvim grubim soivima. Postepena poboljanja u soivima moglabi zatim da obezbede sve otrije slike kako bi zadovoljila zahtevesredine u kojoj ivotinja ivi.

Takvim razmiljanjem Darvin je ubedio veliki broj svojihitalaca da evolucioni put vodi od najjednostavnije mrlje osetljivena svetlost do preinjenog oka-kamere oveka. Meutim, na pita-

nje kako se vid javio, nije dat odgovor. Darvin je ubedio veliki deo


29/327

29


sveta da je savremeno oko postepeno evoluiralo od jednostavnijestrukture, ali nije ni pokuao da objasni svoju polaznu taku - nijeodgovorio na pitanje kako je nastala ta relativno jednostavna mrlja

osetljiva na svetlost. Naprotiv, Darvin je odbacio pitanje prvobi-tnog porekla oka: Teko da nas se tie kako nerv postaje osetljivna svetlost, ita vie nego kako se sam ivot javio.4

Imao je odlian razlog za odbacivanje ovog pitanja: ono je bilo upotpunosti van domena nauke 19. veka. Na pitanje kako oko radi to jest, ta se deava kada svetlosni foton pogodi mrenjau jed-nostavno se nije moglo odgovoriti u to vreme. U stvari, ni na je-

dno pitanje o mehanizmima koji lee u osnovi ivota nije se mogloodgovoriti. Kako miii ivotinja proizvode kretanje? Kako se vrifotosinteza? Kako se energija izvlai iz hrane? Kako se telo bori sainfekcijama? Niko nije znao.

Vid biohemije

Za Darvina je vid bio crna kutija, ali nakon nakupljenog napo-

rnog rada mnogih biohemiara, sada se pribliavamo odgovori-ma na pitanje mehanizma vida.5 Narednih pet odeljaka pruajubiohemijsku skicu funkcionisanja oka. (Napomena: Ovi tehnikiodeljci su oznaeni sa na poetku i na kraju.) Nemojte se plaitineobinih imena komponenata. To su samo oznake, nita neja-snije nego karburator ili diferencijal nekome ko po prvi put itaprirunik za kola. itaoci koji vole detalje mogu da pronau vieinformacija u mnogim biohemijskim udbenicima; drugi bi moda

eleli da krenu polagano, i/ili koriste slike 1-2 i 1-3 za objanjenjesutine.

Kada svetlost pogodi mrenjau, foton ostvaruje reakciju samolekulom zvanim 11-cis-retinal, koji se za nekoliko pikoseku-ndi preobraava u trans-retinal. (Pikosekunda je vreme otprilikepotrebno svetlosti da pree put jednak irini jedne ljudske dlake.)Promena oblika molekula retinala izaziva promenu u obliku protei-

na rodopsina za koji je retinal vrsto vezan. Metamorfoza proteina


30/327

30

Darvinova crna kuja

Slika 1-2

Prvi korak u procesu vida. Foton svetlos izaziva promenu oblikamalog organskog molekula, renala. To izaziva promenu oblika

daleko veeg proteina, rodopsina, za koji je vezan. (Crte protei-na nije u razmeri).

menja njegovo ponaanje. Sada se, pod imenom metarodopsin II,protein kai za drugi protein zvani transducin. Pre nego to nale-ti na metarodopsin II, transducin je vrsto vezan za mali molekul

zvani GDP. Ali kada transducin reaguje sa metarodopsinom II, GDPse odvaja, a molekul zvan GTP vezuje se za transducin. (GTP je bli-sko srodan, ali kritino razliit od GDP-a.)


31/327

31


Slika 1-3

Biohemija gledanja. Rh-rodopsin; RhK-rodopsin kinaza; A-aresn;GC-guanilat ciklaza; T-transducin; PDE-fosfodiesteraza.

Preuzeto iz: Chabre, M. & Deterre, P. (1989) European Journal of Bio-chemistry, 179, 255.

Kompleks GTP-transducin-metarodopsin II vezuje se sada zaprotein zvani fosfodiesteraza, koji se nalazi na unutranjoj mem-brani elije. Kada se spoji sa metarodopsinom II i njegovom prat-

njom, fosfodiesteraza stie hemijsku sposobnost da see molekulzvan cGMP (hemikaliju srodnu i GDP-u i GTP-u). Prvobitno se ueliji nalazi puno molekula cGMP-a, ali fosfodiesteraza smanju-je njegovu koncentraciju, kao to izvuen zapua smanjuje nivovode u kadi.


32/327

32

Darvinova crna kuja

Jo jedan membranski protein koji vezuje cGMP naziva se jon-ski kanal. On deluje kao kapija koja regulie broj jona natrijuma ueliji. Jonski kanal omoguava jonima natrijuma da ulaze u eliju,

dok ih drugi protein, poput pumpe, aktivno ponovo izbacuje. Dvo-jno dejstvo jonskog kanala i pumpe odrava nivo jona natrijuma ueliji unutar uskog opsega. Kada se koliina cGMP-a smanji zbograzgradnje koju vri fosfodiesteraza, jonski kanal se zatvara, imese elijska koncentracija pozitivno naelektrisanih jona natrijumasmanjuje. To izaziva poremeaj ravnotee naelektrisanja (jona)du elijske membrane to, na kraju, prouzrokuje pojavu nervnogimpulsa niz optiki nerv do mozga. Rezultat je, nakon obrade u

mozgu, vidjenje.

Kada bi gore spomenute reakcije bile jedine koje se odigravajuu eliji, zaliha 11-cis-retinala, cGMP, i jona natrijuma brzo bi sepotroila. Neto mora da iskljui proteine koji su bili aktivirani ida vrati eliju u prvobitno stanje. To se ostvaruje uz pomo neko-liko mehanizama. Prvo, u mraku jonski kanal (pored jona natriju-ma) takoe proputa jone kalcijuma u eliju. Kalcijum se iz elije

izbacuje pomou drugog proteina tako da se i koncentracija kal-cijuma odrava na odreenom nivou. Kada se nivo cGMP-a sma-nji, zatvarajui jonski kanal, koncentracija jona kalcijuma takoe sesmanjuje. Dejstvo enzima fosfodiesteraze, koji razara cGMP, uspo-rava se pri nioj koncentraciji kalcijuma. Drugo, protein zvani gua-nilat ciklaza ponovo poinje da sintetie cGMP kada nivo kalciju-ma pone da opada. Tree, dok se sve to odigrava, enzim rodopsinkinaza hemijski menja metarodopsin II. Promenjeni rodopsin se

tada vezuje za protein arestin, koji spreava rodopsin da aktivirajo transducina. Prema tome, elija sadri mehanizme pomou ko-jih moe da ogranii signal, zapoet samo jednim fotonom.

Trans-retinal odvaja se na kraju od rodopsina i mora da seponovo preobrati u 11-cis-retinal i vee za rodopsin kako bi sevratio u polazni oblik za naredni ciklus vienja. Da bi se to ost-varilo, trans-retinal se prvo enzimom hemijski menja u trans-reti-nol oblik koji sadri dva atoma vodonika vie. Drugi enzim zatimpreobraa molekul u 11-cis-retinol. Konano, trei enzim uklanja


33/327

33


prethodno dodate atome vodonika kako bi se formirao 11-cis-re-tinal, i ciklus je potpun.

Gore izneto objanjenje predstavlja samo povran pregled bio-hemije vida. Ipak, to je krajnji nivo objanjenja kome bioloka nau-ka mora da stremi. Kako bi se zaista razumela funkcija, mora se dodetalja razumeti svaki znaajan korak u tom procesu. Bitni kora-ci u biolokim procesima u osnovi se odigravaju na molekularnomnivou, tako da zadovoljavajue objanjenje biolokog fenomena kao to je vid, varenje ili imunitet mora da sari njegovo moleku-larno objanjenje.

Sada kada je crna kutija vida otvorena, evolucionom objanjenjute sposobnosti vie nije dovoljno da uzima u obzir samo anatom-ske strukture celih oiju, kao to je to uinio Darvin u 19. veku(i kako zastupnici evolucije nastavljaju danas). Svaki od anatom-skih koraka i struktura, za koje je Darvin mislio da su jednosta-vni, u stvari ukljuuju zapanjujue sloene biohemijske procesekoji se ne mogu zatakati retorikom. Za Darvinove metaforikeskokove sa brda na brdo sada se u mnogim sluajevima isposta-

vlja da su ogromni skokovi izmeu paljivo konstruisanih maina razdaljine za koje je potreban helikopter kako bi se prele odje-dnom.

Na taj nain biohemija prua liliputanski izazov Darvinu.Anatomija je, jednostavno, nebitna za pitanje da li se evolucijamogla odigrati na molekularnom nivou. Kao i fosilni zapis. Vienije bitno da li postoje velike praznine u fosilnom zapisu ili da li

je zapis neprekidan kao ameriki predsednici. A ako ima prazni-na, nije bitno da li se moe dati mogue objanjenje.6 Fosilni za-pis ne moe nam rei nita o tome da li su interakcije 11-cis-reti-nala sa rodopsinom, transudicom, i fosfodiesterazom mogle da serazvijaju korak po korak. Isto tako nisu znaajni ni obrasci bio-geograije, ni populacione biologije, ni tradicionalna objanjenjaevolucione teorije za zakrljale (rudimentarne) organe ili za obiljevrsta. To ne znai da je nasumina mutacija mit, ili da darvinizam

ne moe da objasni nita (objanjava mikroevoluciju sasvim lepo),


34/327

34

Darvinova crna kuja

Slika 1-4

Kalvin i Hobs lete u svojoj crnoj kuji.

Kalvin i Hobs Bill Watterson

CALVIN AND HOBBES copyright 1990 Waerson. Distributed by Univer-

sal Press Syndicate.

ili da fenomeni velikih razmera kao to je populaciona genetikanisu bitni. Jesu. Meutim, neko vreme evolucioni biolozi mogli suda budu bezbrini u pogledu molekularnih detalja ivota jer se

tako malo znalo o njima. Sada je crna kutija elije otvorena, i bes-krajno mali svet koji stoji otkriven mora se objasniti.

Kalvinizam

Izgleda da je karakteristika ljudskog uma da sadraj crne kuti-je zamilja jednostavnim. Zgodan primer se moe videti u stripu

Kalvin i Hobs (Calvin and Hobbes, slika 1-4). Kalvin uvek uskaeu kutiju sa svojim plianim tigrom, Hobsom, i putuje unazad krozvreme, ili se preobraava u ivotinjske oblike, ili je koristi kao du-plikator i pravi sopstvene klonove. Mali deak kao to je Kalvinbez problema zamilja da kutija lako moe da leti kao avion (ili tamu drago), jer Kalvin ne zna kako avioni lete.

Na neki nain, odrasli naunici su podjednako skloni matanjukao maliani poput Kalvina. Na primer, pre vie vekova smatralo

se da insekti i druge male ivotinje nastaju direktno iz pokvarenehrane. U to je bilo lako verovati, jer se smatralo da su male ivotinjeveoma jednostavne (pre otkria mikroskopa, prirodnjaci nisu znali


35/327

35


da insekti imaju unutranje organe). Meutim, kako je biologijanapredovala, a paljivi eksperimenti pokazali da zatiena hra-na nije uzgajala ivot, ova teorija spontane generacije se povu-

kla do granica van kojih nauka nije mogla da registruje ta se stva-rno deava. U 19. veku do elije. Kada su pivo, mleko ili mokraaostavljani da stoje nekoliko dana u posudama, ak i u zatvorenim,tenosti su uvek postajale zamuene jer je neto raslo u njima. Mi-kroskopi 18. i 19. veka su pokazali da su tu rasle veoma male, na-izgled ive elije. Zbog toga je izgledalo razumno da su jednosta-vni ivi organizmi mogli spontano da nastanu iz tenosti.

Klju za ubeivanje ljudi bilo je prikazivanje elije kao jedno-stavne. Jedan od glavnih zastupnika teorije spontane generacijetokom sredine 19. veka je bio Ernest Hekel (Ernst Haeckel), kojije veoma cenio Darvina i svesrdno zastupao Darvinovu teoriju. Saogranienog gledita na elije, to je mikroskop omoguavao, Hekelje verovao da je elija jednostavna mala grudvica belanevinastekombinacije ugljenikaovih jedinjenja.7 Zbog toga je Hekelu iz-gledalo da je tako jednostavan ivot, bez unutranjih organa,

mogao lako da se proizvede iz neivog materijala. Sada, naravno,znamo bolje.

Evo jednostavnog poreenja: Darvin je za nae razumeva-nje nastanka vida kao Hekel za nae razumevanje postanka ivota.U oba sluaja poznati naunici iz 19. veka su pokuali da obja-sne liliputansku biologiju skrivenu od njih, i obojica su to uinilipretpostavljajui da je unutranjost crne kutije svakako jednosta-vna. Vreme je pokazalo da su pogreili.

U prvoj polovini 20. veka nije bilo mnogo saradnje meu grana-ma biologije.8 Posledino, genetika, sistematika, paleontologija,uporedna anatomija, embriologija i druge oblasti razvile su sop-stvena gledita na evoluciju. Evoluciona teorija neizbeno je zado-bila razliito znaenje u razliitim disciplinama; dosledan pogledna darvinistiku evoluciju poeo je da se gubi. Meutim, sredinomveka istaknuti strunjaci iz raznih oblasti organizovali su niz inter-

disciplinarnih skupova kako bi uklopili svoja gledita u doslednu


36/327

36

Darvinova crna kuja

teoriju evolucije zasnovanu na darvinistikim principima. Rezu-ltat je nazvan evoluciona sinteza (ili sintetika teorija evoluci-je, prim. red.), a teorija je nazvana neodarvinizam. Neodarvinizam

predstavlja osnovu savremene evolucione misli.

Jedna grana nauke nije bila pozvana na skupove, iz valjanog ra-zloga: jo uvek nije postojala. Poeci savremene biohemije javi-li su se tek nakon to je neodarvinizam zvanino oformljen. Pre-ma tome, kao to je biologija morala ponovo da se tumai nakonto je otkrivena sloenost mikroskopskog ivota, neodarvinizamse mora ponovo razmotriti u svetlu napretka biohemije. Sve

naune discipline evolucione sinteze nemolekularne su. Ipak, dabi darvinistika teorija evolucije bila tana, ona mora da objasnimolekularnu strukturu ivota. Svrha ove knjige je da pokae daona to ne moe.


37/327

37

2. poglavlje

Zavrtnji i navrtnji

Uroenici su nemirni

Lin Margulis (Lynn Margulis) je istaknuti profesor biologije

na Univerzitetu u Masausetsu. Ona je poznata zbog svoje irokoprihvaene teorije da su mitohondrije, energetski izvor biljnih iivotinjskih elija, nekada bile nezavisne bakterijske elije. LinMargulis kae da e istorija na kraju procenjivati neodarvinizamkao manju 20-ovekovnu religioznu sektu unutar rairenog reli-gioznog uverenja anglo-saksonske biologije.1 Na jednom od svo-jih mnogih javnih govora ona poziva molekularne biologe u publi-ci da navedu jedan nedvosmislen primer formiranja novih vrsta

nagomilavanjem mutacija. Njen izazov ostaje bez odgovora. Zastu-pnici standardne teorije, kako ona kae, ivotare u svom zoolokom,kapitalistikom, konkurentskom, trokovi-koristi tumaenju Dar-vina pogreno ga uzimajui za... neodarvinizam, koji insistira na(sporom gomilanju mutacija), potpuno snudeno.

Soni navodi. A ona nije jedina u svom nezadovoljstvu. To-kom prolih 130 godina darvinizam, iako bezbedno ukopan, nai-

lazio je na neprestano neslaganje i unutar i van naune zaje-dnice. Genetiar Riard Goldmit (Richard Goldschmidt) tolikose razoarao u darvinistiko objanjenje nastanka novih stru-ktura da je vremenom predloio teoriju udovita koje obeava.Goldmit je mislio da bi velike promene mogle vremenom da sejave sluajno moda je, na primer, gmizavac sneo jaje i iz njegase izlegla ptica.

Teorija udovita koje obeava nije stekla opte prihvatanje,

ali nezadovoljstvo darvinistikim tumaenjem fosilnog zapisa


38/327

38

Darvinova crna kuja

uzburkalo se nekoliko decenija kasnije. Paleontolog Nils Eldrid(Niles Eldredge) opisuje problem:2

Nije udo da su paleontolozi toliko dugo zazirali od evolucije. Iz-gleda kao da se nikad ne odigrava. Marljivo sagledavanje fosila napresecima lica nalazi krivudanja, manje oscilacije, a veoma re-tko blago nakupljanje promena tokom miliona godina, pri sto-pi previe sporoj da bi objasnila sve ogromne promene koje su seodigrale u evolucionoj istoriji. Evoluciona novina se obino poja-vljuje naglo, i esto bez vrsh dokaza da fosili nisu evoluirali negdedrugde! Evolucija se ne moe doveka odigrava negde drugde. Pa

ipak je fosilni zapis mnogim oajnim paleontolozima koji su ga po-smatrali u elji da sazanju neto o evoluciji izgledao upravo tako.2

U pokuaju da ublae dilemu, poetkom 1970-ih godinaEldrid i Stiven Dej Guld (Stephen Jay Gould) su predloili teori-ju isprekidane ravnotee.3 Teorija postulira dve stvari: da tokomdugih vremenskih perioda veina vrsta podlee malim vidljivimpromenama; a da je, kada se odigra, promena brza i koncentrisanau malim, izolovanim populacijama. Ako se to desilo, onda bi biloteko pronai prelazne oblike, ostajui na isprekidanom fosilnomzapisu. Kao i Goldmit, Eldrid i Guld veruju u zajedniko poreklo,ali smatraju da je potreban drugi mehanizam umesto prirodnogodabiranja za objanjenje brzih promena velikih razmera.

Guld je bio na elu rasprave o jo jednom zadivljujuemfenomenu: kambrijumskoj eksploziji. Paljiva istraivanja po-kazuju samo beznaajnu pojavu fosila vieelijskih organizama u

stenama navodno starijim od oko 600 miliona godina. A onda seu stenama samo malo mlaim odjednom moe videti obilje fosi-lnih ostataka ivotinja, sa nizom veoma razliitih telesnih planova.Nedavno je procenjeno vreme, tokom koga se odigrala ova eksplo-zija razliitih iluma, smanjeno sa 50 miliona godina na 10 milionagodina treptaj oka u evolucionim geolokim pojmovima. Kraevremenske procene su pisce novinskih naslova prisilile da traenove superlative, pri emu je najomiljeniji bioloki veliki prasak.Guld je tvrdio da brza stopa pojave novih ivotnih oblika za svoje


39/327

39

2. Zavrtnji i navrtnji

objanjenje zahteva mehanizam drugaiji od prirodnog odabira-nja.4

Ironino je to smo napravili pun krug od Darvinovog vremena.Kada je Darvin prvi put predloio svoju teoriju, velika potekoaje bila procenjena starost zemlje. Evolucioni iziari iz 19. veka sumislili da je Zemlja stara samo oko sto miliona godina, pa ipak,Darvin je smatrao da prirodno odabiranje zahteva daleko vie vre-mena da bi proizvelo ivot. Evolucionisti sada veruju da je Zemljadaleko starija. Meutim, sa otkriem biolokog velikog praska, vre-menski okvir potreban da bi se ivot promenio od jednostavnog

do sloenog mnogo se suzio u odnosu na procenu naunika iz 19.veka.

Meutim, nisu samo paleontolozi koji trae fosile nezadovoljni.Mnotvo evolucionih biologa koji prouavaju cele organizme pitase kako darvinizam moe da objasni njihova opaanja. Engleski bi-olozi Mej-Van Ho (Mae-Wan Ho) i Piter Sanders (Peter Saunders)ale se:

Sada je priblino pola veka otkako je neodarviniska sinteza fo-

rmulisana. Veliki broj istraivanja izvren je unutar paradigme koju

ona denie. Pa ipak je uspeh ove teorije ogranien na sitnu evo-

luciju, kao to je adapvna promena obojenos leprova; dok ima

izuzetno malo da kae o pitanju koje nas najvie interesuje, kao to

je ono kako su leprovi uopte nastali.5

Genetiar sa Univerziteta u Dordiji Don Mek Donald (JohnMcDonald) napominje zagonetku:

Rezulta poslednjih 20 godina istraivanja geneke osnove

prilagoavanja doveli su nas do velikog darviniskog paradoksa.

Izgleda da oni[geni], koji su oigledno varijabilni unutar prirodnih

populacija, ne lee u osnovi mnogih adapvnih promena, dok oni

[geni] koji izgleda sainjavaju osnov mnogih, ako ne i veine, ve-

likih adapvnih promena nisu vidljivo varijabilni unutar prirodnih

populacija.6 [Naglaeno u originalu]


40/327

40

Darvinova crna kuja

Australijski evolucioni genetiar Dord Miklos (George Mi-klos) postavlja pitanje u pogledu korisnosti darvinizma:

ta onda ova sveobuhvatna teorija evolucije predvia? Uz pregrtpostulata, kao to su nasumine mutacije, i selekcioni koeci-

jen, predvidee promene uestalos (gena) tokom vremena. Da

li to treba da bude svrha velike teorije evolucije?7

Deri Kojn (Jerry Coyne), sa odseka za ekologiju i evoluciju saUniverziteta u ikagu, donosi neoekivanu presudu:

Mi zakljuujemo neoekivano da postoji malo dokaza za

neodarvinisko gledite: njegovi teorijski temelji i eksperimenta-lni dokazi koji ga podravaju slabi su.8

A genetiar Don Endler (John Endler) sa Univerziteta u Kali-forniji razmilja o tome kako nastaju korisne mutacije:

Iako se puno zna o mutacijama, one su i dalje crna kuja u po-

gledu evolucije. Kako izgleda, nove biohemijske funkcije su retke u

evoluciji, a osnov za njihov postanak prakno je nepoznat.9

Matematiari su se godinama alili da se darvinistiki brojevine slau. Informacioni teoretiar Hjubert Joki (Hubert Yockey) tvrdida informacija neophodna za otpoinjanje ivota nije mogla da serazvije sluajno; on je predloio da se ivot smatra datim, kao imaterija i energija.10 Vodei matematiari i evolucioni biolozi su1966. godine odrali skup na Vistar institutu u Filadeliji jer je orga-

nizator, Martin Kaplan, sluajno uo prilino neobinu raspravuizmeu etiri matematiara... o matematikim sumnjama u vezi sadarvinistikom teorijom evolucije.11 Na skupu je jedna strana bilanezadovoljna, a druga neshvaena. Matematiaru koji je tvrdioda nije bilo dovoljno vremena za broj mutacija potreban za evo-luciju oka, biolozi su rekli da mora da su njegove cifre pogrene.Meutim, matematiari nisu bili ubeeni da je greka njihova. Kaoto je jedan rekao:


41/327


42/327

42

Darvinova crna kuja

Izgleda da je isti argument ostao bez odgovora vie od veka.Od Mivarta do Margulisove, oduvek je bilo dobro informisanih,uglednih naunika koji su utvrdili da darvinizam ne odgovara.

Oigledno, ili na pitanja koja je prvi postavio Mivart odgovori nisudati, ili neki ljudi nisu bili zadovoljni odgovorima koje su dobili.

Pre nego to nastavimo, trebalo bi napomenuti oigledno: akobi anketirali sve naunike sveta, moda bi veina rekla da veruju daje darvinizam taan. Ali naunici, kao i svi drugi, zasnivaju veinusvog miljenja o svetu na reima drugih ljudi. Od velike veine onihkoji prihvataju darvinizam, veina (iako ne svi) ine to na osnovu

autoriteta. Takoe, i naalost, nauna zajednica je esto odbacivalakritike da ne bi davala municiju kreacionistima. Ironino je da jeu ime zatite nauke jasna nauna kritika prirodnog odabiranjasklonjena u stranu.

Vreme je da stavimo raspravu na otvoreno i da zanemarimoprobleme javnih odnosa. Vreme za raspravu je sada, jer smokonano dosegli dno biologije, i sagledavanje je mogue. Na najdu-bljim nivoima biologije hemijskom nivou elije otkrili smo slo-

eni svet koji radikalno menja osnove na kojima se darvinistikedebate moraju voditi. Razmotrimo, na primer, biohemijski pogledu debati kreacionizam/darvinizam u vezi sa bubom bombarderom.

Buba bombarder

Buba bombarder je insekt neupadljivog izgleda, duine oko

jedan i po centimetar. Meutim, kada je ugrozi drugi insekt, ovabuba ima poseban metod samoodbrane, izbacujui mlaz vrelograstvora prema neprijatelju iz otvora na zadnjem delu tela.16 Vrelatenost opee metu, koja onda obino smisli drugi plan za veeru.Kako se taj trik sprovodi?

Ispostavlja se da buba bombarder koristi hemiju. Pre bitke,specijalizovane strukture zvane sekretorni renjevi proizvodeveoma koncentrovanu meavinu dve hemikalije, vodonik-peroksi-

da i hidrokvinona (slika 2-1). Vodonik-peroksid se moe kupiti u


43/327

43


Slika 2-1

Odbrambeni sistem bube bombardera: B, sabirna vezikula; E,eksploziona komora; G, ektodermalne lezde koje izluuju kata-lazu; L, Sekretorni renjevi; M, mii snkter; O, izvodni kanal. Bsadri meavinu hidrokvinona i vodonik peroksida, koja eksplodirauz pomo katalaze kada ue u E.

Preuzeto iz: Crowson, R. A. (1981) The Biology of the Coleoptera, Aca-

demic Press, New York, poglavlje 15.

apoteci; hidrokvinon se koristi za razvijanje fotograija. Meavinase alje u skladinu komoru zvanu sabirna vezikula. Sabirna vezi-kula je povezana sa drugim odeljkom zvanim eksploziona komora,

ali obino izolovana od nje. Ova dva odeljka su razdvojena kana-lom sa miiem sinkterom, koji je veoma nalik na mii sinkterod koga kod ljudi zavisi suzdravanje. Za eksplozionu komoru ve-zan je niz voria - ektodermalnih lezda; one lue enzime kata-lizatore u eksplozionu komoru. Kada se buba oseti ugroenom,ona gri miie koji okruuju skladinu komoru, dok istovremenooputa mii sinkter. To potiskuje rastvor vodonik-peroksida ihidrokvinona u eksplozionu komoru, gde se mea sa enzimima

katalizatorima.


44/327

44

Darvinova crna kuja

Stvari sada postaju hemijski veoma zanimljive. Vodonik-pero-ksid se brzo razlae na obinu vodu i kiseonik, kao to e se vodo-nik-peroksid u boci iz apoteke vremenom razgraditi ako se boca

ostavi otvorena. Kiseonik reaguje sa hidrokvinonom proizvodeijo vode, plus veoma nadraljivu hemikaliju zvanu kvinon. Tereakcije oslobaaju velike koliine toplote. Temperatura rastvorase penje do take kljuanja; u stvari, deo isparava. Para i gas kise-onik vre znatan pritisak na zidove eksplozione komore. Uz sadazatvoreni mii sinkter, kanal koji vodi van tela bube jedini je izlazza kljualu meavinu. Miii koji okruuju kanal omoguavaju dase parni mlaz usmeri tano prema izvoru opasnosti. Krajnji re-

zultat je: neprijatelj ove bube opeen parnim rastvorom toksinehemikalije kvinona.

Moda se pitate zato meavina vodonik peroksida i kvinonanije reagovala eksplozivno dok se nalazila u sabirnoj vezikuli. Zatoto se mnoge hemijske reakcije teko odigravaju ako nema lakognaina da se molekuli sastanu na atomskom nivou u suprotnombi ova knjiga planula pri dodiru sa kiseonikom iz vazduha. Kao

poreenje, razmotrimo zakljuana vrata. Nema lakog naina dase ljudi (recimo, tinejderi) sa suprotnih strana vrata sastanu,ak i ako bi to eleli. Meutim, ako neko ima klju, onda se vra-ta mogu otvoriti i poznanstva se mogu ostvariti. Enzim kataliza-tor igra ulogu kljua, omoguavajui vodonik-peroksidu i hidrokvi-nonu da se sastanu na atomskom nivou kako bi reakcija mogla dase odigra.

Buba bombarder je omiljeni primer kreacionista (Institut za

prouavanje stvaranja (Institute for Creation Research) je obja-vio knjigu Hejzel Mej Rua (Hazel May Rue) Bombi, buba bomba-rder (Bomby, the Bombardier Beetle)). Oni peckaju evolucion-iste izuzetnim odbrambenim sistemom ove bube, pozivajui ih daobjasne kako je mogao postepeno da evoluira. Riard Dokins(Richard Dawkins), profesor zoologije na Oksfordu, prihvatio jeizazov. Dokins je najbolji savremeni zastupnik darvinizma, kojiga popularizuje meu nenaunim krugovima. Njegove knjige,ukljuujui i kritiki orijentisanu Slepi asovniar (The Blind


45/327


46/327

46

Darvinova crna kuja

u druge svrhe u telesnoj hemiji. Preci bube bombardera prosto suupotrebili za drugu svrhu hemikalije koje su jednostavno ve biletu. Tako se evolucija odvija.18

Dokinsonovo objanjenje za evoluciju ovog sistema oslanja sena injenicu da su elementi sistema jednostavno bili tu. Po tome,evolucija bi mogla da bude mogua. Ali Dokins nije objasnio kakose desilo da se vodonik-peroksid i kvinoni zajedno izluuju u ve-likoj koncentraciji u jedan odeljak povezan kanalom i sinkterom,sa drugim odeljkom koji sadri katalizator neophodan za brzureakciju hemikalija.

Kljuno pitanje je: Kako se sloeni bioloki sistemi moguproizvesti postepeno? Problem sa gornjom debatom je da obestrane govore jedna mimo druge. Jedna strana je pogreno iznelainjenice; druga strana samo ispravlja injenice. Ali je na darvini-stima da odgovore na dva pitanja: Prvo, koji su tano stupnjevievolucije ovih insekata? Drugo, imajui u vidu te stupnjeve, kakonas Dokins vodi od jednog stupnja do sledeeg?

Dokins nam nije dao nikakve detalje o tome kako je odbram-beni sistem bube bombardera mogao da evoluira. Iskoristimo onoto znamo o anatomiji ovog insekta da bismo pretpostavili najpo-voljnije uslove za njenu evoluciju. Prvo napominjemo da je funk-cija odbrambenog sistema bube bombardera odbijanje napadaa.Komponente sistema su (1) vodonik-peroksid i hidrokvinon, kojeproizvode sekretorni renjevi; (2) enzimi katalizatori, koje proiz-vode ektodermalne lezde; (3) sabirna vezikula; (4) mii sinkter;

(5) eksploziona komora; i (6) izvodni kanal. Ipak, nisu sve te kom-ponente neophodne za funkcionisanje sistema. Sam hidrokvinoniritira napadae. Veliki broj vrsta insekata sintetie kvinone koji seuopte ne izluuju, ali koje su loeg ukusa. Predator prvo nekoli-cinu takvih buba proguta i ispljune, ali naui da u budunosti izbe-gava druge iritantne bube, i na taj nain vrsta kao celina ima kori-sti od takve odbrane.

Prema tome, sam hidrokvinon ima odbrambenu funkciju kojusmo pripisali celom sistemu. Da li se druge komponente mogu


47/327

47


dodavati sistemu bombardera na takav nain da se funkcijaneprestano poboljava? Izgledalo bi da mogu. Moemo da zamisli-mo da bi vrsta ostvarivala korist od koncentrisanja hidrokvinona

u skladinom prostoru kao to je sabirna vezikula. To bi omoguilobubi da proizvodi velike koliine ove nadraujue hemikalije i datime postane veoma neukusna, ne izazivajui sebi unutranje pro-bleme. Ako bi sabirna vezikula nekako razvila kanal do spoljanjesredine, hidrokvinon bi mogao da curi i moda da odbije napadaepre nego to bi oni progutali bubu. Mnoge vrste insekata imaju od-brambene pigidijalne lezde sa takvom osnovnom strukturom: jed-nostavnim skladinim prostorom i kanalom do spoljanje sredine,

esto okruenim miiem koji omoguava izbacivanje sadraja iztog prostora. Ovo bi se moglo poboljati razvijanjem miia sink-tera koji bi spreavao curenje sadraja do odgovarajueg trenutka.

Zaista, vodonik-peroksid je takoe nadraujua materija, pa bibuba bila bezbednija ako bi mogla da lui, ak i pri niskoj tempe-raturi - i hidrokvinon i vodonik-peroksid, ime bi pojaala iritirajuiefekat. Skoro sve elije sadre enzim katalazu, koji razlae vodo-

nik-peroksid na vodu i kiseonik uz oslobaanje toplote. Akobi elije koje oblau kanal koji vodi do spoljanje sredine luilemalo katalaze, onda bi prilikom izbacivanja deo vodonik-peroksi-da bio razloen, zagrevajui rastvor i inei ga time nadraljivijim.Vrste bube bombardera iz Australije19 i Papue Nove Gvineje20 iz-bacuju mlazeve rastvora koji variraju u temperaturi od toplog dovrueg, ali ne kljualog. Ako bi elije otputale vie katalaze, ras-tvor bi postajao vreliji; na kraju bi se postigao optimum izmeu

vreline rastvora i izdrljivosti izlaznog kanala. Vremenom bi izla-zni kanal mogao da ovrsne i da se proiri kako bi omoguio porasttemperature sve do take kljuanja rastvora. Zatim bi izluivanjeperoksidaza u katalitiku meavinu obezbedilo aparat koji je usutini identian onom prikazanom na slici 2-1.

Sada imamo podesan scenario za evolucionu literaturu.Meutim, da li je razvoj odbrambenog sistema bube bombarderazaista objanjen? Naalost, ovde izneto objanjenje nije nita de-taljnije od Darvinove prie iz 19. veka o oku. Iako izgleda da imamo


48/327

48

Darvinova crna kuja

stalno promenljiv sistem, komponente koje kontroliu njegovodelovanje nisu poznate. Na primer, sabirna vezikula je sloena,vieelijska struktura. ta ona sadri? Zato ima svoj odreen ob-

lik? Rei da bi buba ostvarivala korist od koncentrisanja hidro-kvinona u skladinom prostoru je isto to i rei drutvo ostva-ruje korist od koncentrisanja moi u centralizovanoj vladi: U obasluaja nain koncentrisanja i sabirni sud nisu objanjeni, a koristibi u velikoj meri zavisile od detalja. Sabirna vezikula, mii sink-ter, eksploziona komora i izlazni kanal, same po sebi predstavljajusloene strukture, sa puno neutvrenih podstruktura. tavie,stvarni procesi odgovorni za razvoj eksplozivne sposobnosti nisu

poznati: ta uzrokuje da se sabirna vezikula razvije, da se vodonikperoksid izlui, ili da se mii sinkter obmota?

Sve to na osnovu iznetog moemo da zakljuimo jeste da jedarvinistika evolucija mogla da se odigra. Ako bismo mogli daanaliziramo strukturne detalje bube do poslednjeg proteina i enzi-ma, i ako bismo mogli da objasnimo sve te detalje na darvinistikinain, onda bismo mogli da se sloimo sa Dokinsom. Ipak, za sada

ne moemo rei da li korak-po-korak razvoj naeg hipotetikogevolucionog toka predstavlja skokove od pojedinanih mutacijaili helikopterske prelaze izmeu udaljenih brda.

Videti znai verovati

Vratimo se na ljudsko oko. Dokins i Hiing sukobljavaju se i okoovog klasinog organa. Hiing je u Vratu irafe naveo:

Sasvim je oigledno da ako i najmanji detalj nije u redu ako jeronjaa mutna, ili ako zenica ne moe da se iri, ili ako soivopostane neprozirno, ili se poreme fokusiranje onda se ne formi-ra prepoznatljiva slika. Oko ili funkcionie kao celina ili uopte nefunkcionie. Kako je onda ono evoluiralo sporim, stalnim, beskra-

jno malim darviniskim poboljanjima? Da li je stvarno verovatnoda su se na hiljade i hiljade srenih sluajnih mutacija istovreme-

no odigrale kako bi soivo i mrenjaa, koje nisu od koris jedno


49/327

49


bez drugog, evoluirale sinhrono? Kakva bi vrednost u pogledupreivljavanja mogla da postoji od oka koje ne vidi?21

Dokins, zahvalan to Hiing ponovo ide bradom napred (za no-kaut), ne proputa priliku:

Razmotrimo izjavu da ako i najmanji detalj nije u redu... [ako]se poreme fokusiranje... onda se ne formira prepoznatljivaslika. anse ne mogu bi daleko od 50/50 da itate ove rei kroznaoare. Skinite ih i pogledajte uokolo. Da li biste se sloili da se neformira prepoznatljiva slika?... (Hiing) takoe navodi, kao da jeoigledno, da soivo i mrenjaa nisu od koris jedno bez drugog.

Po kom autoritetu? Meni bliska osoba imala je operaciju katara-kte na oba oka. Ona uopte nema soivo u oima. Bez naoara nebi mogla da igra tenis ili pak da cilja pukom. Meum, ona meuverava da vam je mnogo bolje sa okom bez soiva nego sasvimbez oka. Moete da primete ako nailazite na zid ili na drugu oso-bu. Ako biste bili divlje stvorenje, sigurno biste mogli da koristeoko bez soiva kako bi opazili maglovit oblik grabljivca, i smer izkoga se pribliava.22

Nakon napada na Hiinga kao i na naunike Riarda Goldmitai Stefana Dej Gulda to se brinu zbog sloenosti oka, Dokins nas-tavlja parafrazirajui argument arlsa Darvina za mogunost evo-lucije oka:

Neke jednoelijske ivonje imaju mrlju osetljivu na svetlost samalo pigmenta iza nje. Zastor blokira svetlost koja dolazi iz jednogsmera, to im prua neku predstavu o tome odakle dolazi svet-

lost. Meu vieelijskim ivonjama... pigmentom zatamnjeneelije osetljive na svetlost postavljene su u mali pehar. To im pruaneznatno bolju sposobnost utvrivanja smera... Ako pehar veomaprodubite i zavrnete ivice na unutra, na kraju ete dobi kameru sauzanim otvorom bez soiva... Kada imate pehar za oko, skoro bilokakav neznatno konveksan, neznatno providan materijal preko ot-vora predstavljae poboljanje, zbog svojih rudimentarnih osobi-na soiva. Kada je jednom grubo protosoivo tu, dolazi do nepreki-

dnih postepenih nizova poboljanja; inei ga debljim i providnijim


50/327

50

Darvinova crna kuja

i inei da manje krivi sliku, proces dose vrhunac onim to bismosvi prepoznali kao pravo soivo.23

Dokins i Darvin nas pozivaju da verujemo kako se evolucija okaodigravala korak po korak, beskonano malim poboljanjima, ni-zom prelaznih oblika. Ali jesu li ona beskonano mala? Setite se damrlja osetljiva na svetlost koju Dokins uzima kao svoju poetnutaku zahteva za funkcionisanje kaskadu faktora, ukljuujui 11-cis-retinal i rodopsin. Dokins ih ne spominje. I odakle je mali pe-har nastao? Lopta elija od koje se pehar mora nainiti teieda se zaokrugli ako se ne odrava u pravilnom obliku moleku-

larnom potporom. U stvari, postoje na desetine sloenih protei-na koji su ukljueni u odravanje oblika elije, i jo desetine dru-gih koji kontroliu vanelijske strukture; u njihovom odsustvu,elije zauzimaju oblik brojnih mehuria sapunice. Da li te struk-ture predstavljaju mutacije od jednog koraka? Dokins nam nijerekao kako je naizgled jednostavan pehar nastao. Iako nas uve-rava da bi bilo kakav providan materijal bio poboljanje (setitese Hekelovog pogrenog miljenja da bi bilo lako proizvesti elije

poto su svakako bile samo proste grudvice), nije nam reenokoliko je teko proizvesti jednostavno soivo. Ukratko, Dokinso-vo objanjenje zadrava se samo na nivou grube anatomije.

I Hiing i Dokins pogreno su usmerili svoju panju. Oko, iliskoro svaka velika bioloka struktura, sastoji se od niza speciinihsistema. Funkcija same mrenjae jeste opaanje svetlosti. Funkcijasoiva je da skuplja i fokusira tu svetlost. Ako se soivo koristi samrenjaom, rad mrenjae se poboljava, ali i mrenjaa i soivo

mogu samostalno da funkcioniu. Slino tome, miii koji fokusi-raju soivo ili pomeraju oko funkcioniu kao kontrakcioni sistemi,koji se mogu primeniti na puno razliitih sistema. Opaanje svet-losti mrenjaom nije zavisno od njih. Suzni kanali i kapci takoesu sloeni sistemi, ali odvojivi od funkcije mrenjae.

Hiingov argument je ranjiv jer on pogreno smatra integri-sani sistem za jedan sistem, i s pravom Dokins ukazuje na odvoji-

vost komponenti. Meutim, Dokins samo dodaje sloene sisteme


51/327

51


na sloene sisteme i to naziva objanjenjem. To se moe upore-diti sa odgovorom na pitanje Kako se stereo sistem proizvodi?reima ukljuivanjem zvunika za pojaalo, i dodavanjem CD ple-

jera, radio prijemnika, i kasetofona. Darvinistika teorija ili moeda da kompletno objanjenje proizvodnje zvunika i pojaala, iline moe.

Neumanjiva sloenost i priroda mutacija

Darvin je znao da je njegova teorija postepene evolucije priro-

dnim odabiranjem nosila teko breme:Ako bi se moglo pokaza da postoji bilo kakav sloeni organ koji ni-kako nije mogao da se formira brojnim, uzastopnim, malim modi-kacijama, moja teorija bi apsolutno pala.24

Prihvatljivo je rei da se veliki deo naunog skepticizma okodarvinizma u prolom veku usredsreivao na ovaj zahtev. Od Mi-vartove zabrinutosti oko poetnih stupnjeva novih struktura, do

Margulisove koja odbacuje postepenu evoluciju, kritiari Darvinasu pretpostavljali da je njegov kriterijum za neuspeh ispunjen. Ali,kako da budemo sigurni? Koji tip biolokog sistema ne bi mogaoda se formira brojnim, uzastopnim, malim modiikacijama?

Pa, za poetak, sistem koji je neumanjive (nesvodive) sloenosti.Pod neumanjivom sloenou (irreducibly complex) podrazume-vam jedinstven sistem sastavljen od nekoliko dobro uklopljenihdelova koji meusobno delujui doprinose osnovnoj funkciji, a

uklanjanje bilo kog dela izaziva prestanak funkcije sistema. Neu-manjivo sloen sistem ne moe se proizvesti direktno (to jest,neprestanim poboljavanjem prvobitne funkcije, koja nastavlja dase odigrava istim mehanizmom) neznatnim, uzastopnim prome-nama prethodnog sistema, jer je bilo koji prethodnik neumanji-vo sloenom sistemu, kome nedostaje jedan deo, po deiniciji ne-funkcionalan. Neumanjivo sloen bioloki sistem, ako postoji takoneto, bio bi moan izazov darvinistikoj evoluciji. Poto prirodno

odabiranje moe da odabere samo sisteme koji ve funkcioniu,


52/327

52

Darvinova crna kuja

onda - ako se bioloki sistem ne moe postepeno proizvesti -morao bi da se pojavi kao integrisana jedinica odjednom, kako biprirodno odabiranje imalo na emu da deluje.

Meutim, ak i neumanjivo sloen sistem, koji otuda nije mogaoda nastane evolucijom, ne moe iskljuiti mogunost indirek-tnog, zaobilaznog puta. Ipak, kako se sloenost sistema poveava,verovatnoa takvog indirektnog puta strmoglavo se smanjuje. Akako se broj neobjanjenih, neumanjivo sloenih sistema poveava,nae uverenje da je ispunjen Darvinov kriterijum neuspeha, strmo-glavo se penje do maksimuma koji nauka dozvoljava.

Ukratko, moda je primamljivo zamisliti da neumanjivasloenost zahteva viestruke istovremene mutacije da bi evolu-cija mogla da bude daleko nasuminija nego to smo mislili, ali idalje mogua. Takvo pozivanje na grubu sreu nikada se ne moepobiti. Pa ipak, to je prazan argument. Moe se isto tako rei da jesvet srenom okolnou nastao jue sa svim odlikama koje sadaima. Srea je metaizika pretpostavka; nauna objanjenja sepozivaju na uzroke. Skoro je opte prihvaeno da bi takvi iznenad-

ni dogaaji bili nespojivi sa gradualizmom kakav je Darvin zamis-lio. Riard Dokins dobro objanjava ovaj problem:

Evolucija verovatno nije uvek postepena. Ali mora bi postepenakada se koris za objanjenje pojave sloenih, naizgled dizajniranihobjekata, kao to su oi. Jer ako nije postepena u m sluajevima,prestaje da ima bilo kakvu mo objanjavanja.25

Razlog tome nalazi se u prirodi mutacija.

U biohemiji, mutacija predstavlja promenu DNK. Da bi se nasle-dila, promena se mora javiti u DNK reproduktivne elije. Najjed-nostvanija mutacija javlja se sa promenom jednog nukleotida(nukleotidi su gradivni blokovi DNK) u drugi. Umesto toga, jedannukleotid moe se dodati ili izostaviti kada se DNK kopira tokomelijske deobe. Ponekad, ipak, ceo region DNK hiljade ili milioninukleotida sluajno se izbacuju ili dupliraju. To se takoe rauna

kao pojedinana mutacija, jer se deava odjednom, u jedinstvenom


53/327

53


dogaaju. Uopte, pojedinana mutacija moe u najboljem sluajuda proizvede samo malu promenu u organizmu ak i ako nampromena izgleda kao velika. Na primer, postoji dobro poznata mu-

tacija zvana antennapedia koju naunici mogu da proizvedu kodlaboratorijske vinske muice: nesreni mutirani organizam imanoge koje mu izrastaju iz glave umesto antena. Iako nam to izgle-da kao velika promena, u stvari nije. Noge na glavi tipine su nogevinske muice, samo na pogrenom mestu.

Ovde u upotrebiti uporeenje sa uputstvom za sklapanje ko-rak po korak. Mutacija je promena u jednom od niza uputstava.

Tako, umesto da kae: Uzmite navrtanj od 0,5 centimetra, mutaci-ja kae: Uzmite navrtanj od 0,6 centimetra. Ili umesto: Postaviteokrugli klju u okruglu rupu, mogli bismo da dobijemo: Postaviteokrugli klju u etvrtasti otvor. Ili umesto: Privrstite sediteza vrh motora, mogli bismo da dobijemo Privrstite sedite zaupravlja (ali bismo to mogli ostvariti samo ako bi se navrtnji izavrtnji mogli privrstiti za upravlja). Ono to mutacija ne moeda uini jeste da promeni sve korake uputstva odjednom, pa da ,re-

cimo, dobijemo uputstvo za nastanak faksimil aparat umesto radija.Ako se vratimo na bubu bombardera i ljudsko oko, pitanje je da li

se brojne anatomske promene mogu objasniti velikim brojem ma-lih mutacija. Odgovor koji daju evolucionisti je: ne moemo da pro-cenimo. I odbrambeni sistem bube bombardera i oko kimenjakasadre tako puno molekularnih komponenti (reda veliine deseti-na hiljada razliitih tipova molekula) da je njihovo nabrajanje irazmiljanje o mutacijama koje su mogle da ih proizvedu tre-

nutno nemogue. Previe navrtanja i zavrtanja (i spojki, motornihdelova, upravljaa, i tako dalje) nije objanjeno. Rasprava meunama da li bi darvinistika evolucija mogla da proizvede tako ve-like strukture liila bi na raspravu izmeu naunika 19. veka otome jesu li elije mogle da se jave spontano. Takve rasprave suuzaludne, rekli bi evolucionisti, jer nisu poznate sve komponente.

Meutim, to nas ne bi smelo omesti; i drugi vekovi nisu mogli

da odgovore na mnoga pitanja koja su ih zanimala. tavie, to to


54/327

54

Darvinova crna kuja

jo uvek ne moemo da procenimo pitanje evolucije oka ili bube,ne znai da ne moemo da procenimo tvrdnje darvinizma za bilokoju bioloku strukturu. Kada se spustimo sa nivoa cele ivotinje

(kao to je buba) ili celog organa (kao to je oko) na molekularninivo, onda u mnogim sluajevima moemo da donesemo sud oevoluciji jer su svi delovi mnogih molekularnih sistema poznati. Unarednih pet poglavlja susreemo se sa nizom takvih sistema idoneti presudu.

Vratimo se sada pojmu neumanjive sloenosti. Na ovom mestuu naoj raspravi neumanjiva sloenostje samo izraz ija mo lei u

najveoj meri u njegovoj deiniciji. Moramo saznati kako moemoda prepoznamo neumanjivo sloen sistem. Poznajui prirodu mu-tacija, kada moemo biti sigurni da je bioloki sistem neumanji-vo sloen?

Prvi korak u odreivanju neumanjive sloenosti jeste odre-ivanje i funkcije sistema, i svih njegovih komponenata. Neuma-njivo sloen objekat bie sastavljen od nekoliko delova, od kojihsvi doprinose funkciji. Da bi se izbegli problemi sa veoma sloenim

objektima (kao to su oi, bube, ili drugi vieelijski bioloki siste-mi) poeu sa jednostavnim mehanikim primerom: skromnommiolovkom.

Funkcija miolovke je da uhvati mia kako ne bi mogao da vrineprijateljske aktivnosti kao to je grickanje dakova sa branomili elektrinih kablova, ili ostavljanje malih podsetnika svog prisus-tva po nepoienim uglovima. Miolovka koju neki koriste sastoji

se iz par delova (slika 2-2): (1) ravna drvena platforma koja sluikao postolje; (2) metalni udara, koji vri posao hvatanja mia; (3)opruga sa produenim krajevima koji pritiskaju platformu i udarakada je zamka nategnuta; (4) osetljiva kukica koja se aktivira pridelovanju i najmanjeg pritiska, i (5) metalna poluga koja povezu-je kukicu i dri udara kada je zamka nategnuta. (Takoe postojeraznovrsni dodaci koji odravaju sistem u jednom komadu.)

Drugi korak pri odreivanju da li je sistem neumanjivo sloen

je: upitati da li su svi pomenuti delovi neophodni za funkciju. U


55/327


56/327

56

Darvinova crna kuja

onesposobi mia. Pri drugim prilikama neki ljudi su koristili lep-ljivu zamku. Moe se koristiti i kutija koja se dri otvorena tapomkoji se moe ukloniti izdaleka, bar u teoriji. Ili se na mia jed-

nostavno moe pucati pukom. Meutim, to nisu iziki prekursori(prethodnici) standardne miolovke, poto se ne mogu preobra-ziti, darvinistiki korak po korak, u zamku sa osnovom, udaraem,oprugom, kukicom i spojnom polugom.

Da pojasnimo stvar, razmotrimo niz: skejtbord, kolica, bicikl,motocikl, automobil, avion, mlazni avion, svemirski brod. To izgledakao prirodna progresija, jer predstavlja listu objekta koji se mogu

koristiti za prevoz, a i zato to su poreani po sloenosti. Koncep-tualno se mogu povezati i stopiti u jedan neprekidan niz. Meutim,da li je, na primer, bicikl iziki (i potencijano darvinistiki) pre-thodnik motocikla? Ne. To je samo pojmovni prethodnik. Nije-dan motocikl u istoriji, ak ni prvi, nije bio jednostavno sainjenpreureivanjem bicikla na nain korak po korak. Lako bi mo gloda se desi da tinejder jedne nedelje popodne odlui da uzme staribicikl, stari motor za kosilicu, i neke rezervne delove i (uz neko-

liko sati napora) napravi motocikl koji radi. Ali to samo pokazu-je da ljudi mogu da dizajniraju neumanjivo sloene sisteme, tove znamo. Da bi bio pr

Documents

Darvinova crna kutija - Dr Majkl Bihi