Darwinova limita - plná verze (96 stran, pdf 470 kB)

Darwinova limita
Vznik a vývoj života z pohledu technických oborů
Evolutionman
1
motto:
„Kromě výchozího dešifrování lidského genomu dnes také víme,
že se lidský genom liší od šimpanzího jen zhruba jedním
procentem. Ještě podivnější pak je, že obdobně také od myšího
genomu se ten lidský liší jen pouhými 300 geny! Má-li lidský
genom pouhou třetinu původně předpokládaných 100 000, tedy
zhruba jen 30 000 genů, pak tedy zřejmě také neplatí, co se
předtím neochvějně předpokládalo: že úměrně s nepoměrně větší
složitostí organismu člověka a jeho funkcí vůči třeba mušce
octomilce bude tomu také odpovídat nepoměrně vyšší počet genů
v genomu.“
„Přečtení lidského genomu bylo zveřejněno nedávno, v únoru
roku 2001. Podle těchto posledních zjištění pouhé jedno
procento genomu nese vlastní genetickou informaci; celých 99
procent je pouze mezigenovou DNA.“
Miloš Dokulil, článek Svět nicotných rozměrů, internetová
stránka Českého rozhlasu, 28.7.2003
2
Obsah
1. PŘEDMLUVA..........................................................................................................4
2. DNEŠNÍ VĚDECKÉ KLIMA...................................................................................11
3. TEORIE VZNIKU ŽIVOTA.....................................................................................15
4. SLOŽITOST ŽIVÝCH ORGANIZMŮ......................................................................28
5. MOŽNOSTI PROZKOUMÁNÍ SLOŽITÝCH SYSTÉMŮ........................................31
6. HLUBŠÍ ROZBOR MOŽNOSTÍ ZMĚN .................................................................38
7. TEORIE PRIMÁRNÍ REALITY...............................................................................46
8. CO TO ZNAMENÁ ?..............................................................................................52
9. CO JE PRIMÁRNÍ REALITA ?..............................................................................55
10. PRŮNIK INFORMACE Z PRIMÁRNÍ REALITY..................................................59
11. JAK HLEDAT.......................................................................................................61
12. VÝVOJ TAXONOMICKÝCH SKUPIN ŽIVOČICHŮ.............................................64
13. PRINCIPY ŽIVÝCH ORGANIZMŮ.......................................................................69
14. PŘEDPOVĚDI TEORIE PRIMÁRNÍ REALITY....................................................78
16. TEORIE PRIMÁRNÍ REALITY KONTRA NEODARWINIZMUS..........................83
17. ZÁVĚR: CO Z TOHO PLYNE ?...........................................................................90
18. VYSVĚTLENÍ NĚKTERÝCH POJMŮ................................................................94
19. LITERATURA......................................................................................................95
3
1. Předmluva
Otázky vzniku a vývoje života vždy znovu udivují každého,
kdo o nich začne přemýšlet. Dlouho se věřilo, že život
vzniknul stvořením. Tento stav přetrvával až do příchodu
Darwinovy teorie vzniku druhů přírodním výběrem. Na základě
pozorování existujících druhů vytvořil Darwin teorii, která
předpokládá postupný vývoj, proměnu druhů. Jako mechanizmus
tohoto vývoje byly teorií označeny malé dědičné odchylky,
vznikající při reprodukci organizmů. Jestliže se rodí více
potomků, než je životní prostředí schopno uživit, přežijí a
rozmnoží se pouze ti nejlépe přizpůsobení. Hůře přizpůsobení
umírají dříve, než dosáhnou reprodukčního věku. Tím se
v populaci šíří odchylky příznivé pro přežití a množení.
Postupně se tak živočišný (nebo rostlinný) druh může změnit na
jiný druh. Taková změna si vyžádá mnoho generací a z hlediska
délky lidského života je prakticky nepozorovatelná.
V měřítcích geologického času se však druhy postupně vyvíjejí.
Motorem vývoje je diferencované (nestejné) přežití
modifikovaných forem, které vznikly z původního rodičovského
organizmu.
Darwin původně do teorie začlenil i změny, kterými se druh
záměrně přizpůsobuje svému okolí. Takové změny pak předává dál
jako dědičné. V tom měla jeho teorie určitou podobnost s dnes
zamítanou teorií francouzského přírodovědce Jean Baptiste
Lamarcka, která za hlavní motor vývoje považuje právě tento
druh změn. Vlastnosti, které si vynucuje okolní prostředí se
podle Lamarcka stávají dědičnými. Více používané orgány se
posilují, neužívané odumírají. Když žirafa natahuje krk, aby
dosáhla na vysoké stromy, měla by se tato vlastnost předávat
potomkům. Podle dnes přijímané modifikované Darwinovy teorie
(neodarwinizmu) je mechanizmus změn jiný. Žirafa porodí
několik mláďat. Některá z nich mají náhodou trochu delší krk
4
než jiná. Vzhledem k tomu, že potrava roste na vysokých
stromech, mláďata s delšími krky lépe přežívají. Větší
procento z nich se dožije dospělosti a zplodí vlastní mláďata.
Mláďata s kratším krkem naopak hůře prospívají, jejich
úmrtnost je vyšší a méně z nich tedy má potomky. Tím v celkové
populaci žiraf stoupá procento dědičně dlouhokrkých jedinců.
Podobné mechanizmy jsou podle dnes uznávané teorie v pozadí
vývoje všech struktur živých organizmů.
V Darwinově době nebylo nic známo o mechanizmech života,
genech, struktuře buněk a tak dále. Ačkoli to původně nebylo
hlavním cílem jeho práce, zabýval se Darwin i otázkou vzniku
života. Předpokládal, že k němu mohlo dojít v nějakém jezírku
plném organických látek, kde se samovolně zformovala jakási
prvotní forma života. Dále se již život vyvíjel jím
navrhovaným způsobem, přírodním výběrem.
V polovině dvacátého století zformovali vedoucí vědci
mnoha oborů inovovanou „evoluční syntézu“. Na základě řady
mezioborových setkání vytvořili teorii, která vysvětluje
moderní poznatky na bázi klasické Darwinovy teorie. Výsledkem
jejich práce je zmodernizovaný pohled na evoluční zákonitosti,
nazývaný neodarwinizmus. Tato syntéza různých poznatků zavedla
do teorie nová vědecká zjištění. Za příčinu dědičnosti byla
označena dvoušroubovice DNA (kyselina deoxyribonukleová),
respektive její úseky, geny. DNA je přítomná v buňkách všech
forem života na Zemi. Předpokládá se o ní, že je nositelem
dědičných informací a současně návodem, jak postavit nový
organizmus. Jako mechanizmus toho, čemu Darwin říkal odchylky,
byly označeny nepřesnosti v replikaci DNA při množení
organizmů. Takové „molekulární nehody“ způsobí změny v genech,
jejich mutaci. Mimo DNA obsahují všechny organizmy ještě další
skupiny složitě organizovaných látek. K nejdůležitějším z nich
patří proteiny. Proteiny mají velmi specifické funkce,
související s jejich strukturou. Spoluprací jednotlivých
proteinů v buňce vznikají složité funkční kaskády, biochemické
5
(metabolické) dráhy. Extrapolací výsledků pokusů s DNA a
proteiny byl vytvořen základní popis fungování buněk - DNA je
vzor, podle něj se
vytvářejí proteiny. Tok informací je pouze
jednosměrný, DNA není nikdy záměrně a plánovitě buňkou měněna.
Náhodné změny v DNA jsou zdrojem mutací, mírně rozdílné
organizmy jsou pak prosévány přírodním výběrem. Ty
nejživotaschopnější mají nejvíce potomků. Tím se v populacích
šíří pozitivní mutace a negativní jsou likvidovány (jejich
nositelé v konkurenci nepřežijí).
Neodarwinizmus je elegantní teorie, která zdánlivě
umožňuje vysvětlit všechny pozorované vlastnosti organizmů.
Existují proti ní ale i výhrady. Často se týkají
předpokládaného postupného růstu složitosti. Pokročilejší
organizmy nejsou jen větší verzí jednodušších, ale obsahují i
zcela nové orgány. Všechny vývojové inovace musejí přitom
vznikat postupnými kroky. Organizmy tvoří souvislou řadu od
předků k potomkům. Aby mohl přírodní výběr pracovat, je nutné,
aby nové varianty života byly životaschopnější než původní.
Pouze v tom případě může probíhat evoluce ve směru k vyšší
složitosti. Některé orgány jsou funkčně spojeny s jinými.
Proto se jejich postupný vznik obtížně vysvětluje. Přírodní
výběr nedovede uchovávat nefunkční znaky. Živočich na půli
cesty mezi plazem a savcem tedy musí lépe přežívat než původní
plaz. Létání u ptáků se také muselo vyvinout postupně.
Jednoduše každý krok ke vzniku nového orgánu musel být
pokrokem ve smyslu lepšího přežití. Konkrétní vývojové
přechody jsou obtížně vysvětlitelné.
Potíže tohoto druhu se objevují na různých rozměrových
škálách organizmu, od buněk po celé orgány a jejich
spolupracující komplexy. Široká provázanost a nesmírná
složitost již u buněčných procesů nenabízí jednoduchou a
postupnou cestu, jak by mohla vzniknout. Americký biochemik
Michael Behe, autor knihy Darwinova černá skříňka, který
nesouhlasí s možností postupného vývoje složitých
6
biochemických soustav, definoval pojem nezjednodušitelná
složitost. Nezjednodušitelně složité systémy se skládají
z mnoha spolupracujících částí, které samy od sebe nefungují.
Systém tedy nelze vylepšovat postupnými úpravami. Alespoň
v některých případech je nutné sestavení celého systému
najednou. Tím se odsouvá možnost plynulého vývoje takových
systémů do oblasti nepředstavitelně malých pravděpodobností.
Zájemcům o detaily lze doporučit jeho knihu, která vyšla
česky.
Protože organizmy (zvláště ty vyspělejší) jsou podobných
systémů plné, musel by se postupný vývoj potýkat s obrovskými
problémy po celou dobu.
Přes všechny problémy však k vývoji organizmů skutečně
došlo. Evoluce je realitou. V tomto smyslu měl Darwin a jeho
následovníci pravdu. Stín nedořešenosti se stále vznáší nad
jejím mechanizmem. Mohly být náhodné mutace a rozdílné přežití
(takzvaný mutačně-selekční model) skutečně hlavním motorem
evoluce ? Nad podobnými otázkami se často diskutuje. Zastánci
klasické neodarwinistické teorie jsou někdy až bojovní
v obhajobě své pravdy. Proti nim vystupují často také
fanaticky různé skupiny tzv. kreacionistů, obhájců stvoření
života. Boj těchto skupin je obzvláště silný v USA.
Podle zaběhnuté terminologie je kreacionista obhájce
stvoření v jakékoli podobě. Mohou to být bibličtí
fundamentalisté, obhájci mladé Země, ale jsou to i zastánci
řízené evoluce, tedy i někteří vědci. Evoluci měl podle nich
ovlivňovat Bůh tak, aby došlo k postupnému vytvoření složitých
organizmů, završených člověkem. Obhájci klasické teorie
(darwinizmu, resp. neodarwinizmu), naturalisté, naopak
předpokládají postupný vznik a vývoj života bez ovlivňování
zvenku, pouze pomocí jevů a pochodů založených na známých
zákonech fyziky a chemie. Mutačně-selekční mechanizmus evoluce
prostě musí být správný, protože nic jiného nebylo pro vývoj
života k dispozici, říkají.
7
Poznámka:
Pro úplnost je potřeba dodat, že na evoluci působí i jiné
vlivy než pouhá mutace-selekce. Tyto vlivy se projevují více u
vyspělých organizmů a méně u jednodušších. Jedná se o
horizontální přenos genů, pohlavní výběr, genetickou
rekombinaci a řadu dalších vlivů. Některé teorie kladou do
centra pozornosti geny, ne organizmy. Geny pak soutěží o svoje
přežití v tělech organizmů, které jsou pro ně pouze prostředek
pro přežití (viz Dawkins, Sobecký gen). Existují i další
teorie, jsou však vždy modifikací, rozšířením a upřesněním
základního mutačně-selekčního principu.
Aby se mohl projevovat horizontální přenos genů, pohlavní
výběr nebo rekombinace, musí organizmus dosáhnout určité
složitosti. Alespoň
počátky evoluce se bez těchto jevů musely
tedy obejít.
Pro hlavní linii mé argumentace to však není příliš
podstatné.
Pokud má čtenář zájem dovědět se o těchto sporech
více, lze doporučit knihu Phillipa E.Johnsona: Spor o Darwina.
Autor, profesí právník, se v ní zamýšlí nad způsobem
argumentace neodarwinistů a jejich odpůrců.
Podle klasické teorie jsou organizmy určitým typem
složitého mechanizmu. Všechny jejich vlastnosti jsou
vysvětlitelné pomocí dnes známých zákonů fyziky a chemie. Na
základě analogie se složitými systémy technické povahy se
domnívám, že podobné tvrzení je neudržitelné. Konkrétně je
v něm neudržitelná část o dnes známých zákonech. Tímto
„detailem“ se zpravidla nikdo nezabývá. Zastánci klasické,
naturalistické teorie ji obhajovali za každého stavu vědeckého
poznání, kterého bylo dosaženo. Začalo to Darwinem, kdy byla
známá pouze klasická fyzika. Pokračovalo to v době zásadních
fyzikálních objevů začátku dvacátého století, tedy teorií
8
relativity a kvantovou teorií, přes poznání struktury proteinů
a DNA v polovině dvacátého století. Pokračuje to i dnes, kdy
velký rozvoj technologií staví člověka poprvé v historii do
role konstruktéra technických systémů složitostí vzdáleně
porovnatelných se životem.
Myslím, že všechny vlastnosti živých systémů skutečně jsou
vysvětlitelné, ale ne pomocí dnes známých zákonitostí. Jsem na
základě faktů přesvědčen, že ve hře muselo být spolu
s mutačně-selekčním principem ještě něco dalšího. Myslím, že
to lze do jisté míry popsat, protože analýzou složitých
systémů docházíme k závěrům, které se zdají nevyhnutelné.
Uvědomuji si, že každá jiná než klasická, naturalistická
(neodarwinistická) teorie vzniku a vývoje života je v dnešním
vědeckém klimatu velmi kontroverzní. Jsem však přesvědčen, že
tvrdohlavým zastáváním klasického pohledu na evoluci lze
celkovému pochopení spíše uškodit.
Profesí jsem elektroinženýr a pracuji na vývoji přístrojů.
Jsem ateista. Rozbor a navrhovaná teorie (či spíše hypotéza)
vychází z mých zkušeností a z toho, co se v technických
oborech jeví jako fakta. Při vysvětlování vlastností organizmů
a jejich vývoje se budu občas odkazovat na srovnání se stroji,
například s počítači. Taková „počítačová metafora“ nemusí být
vůbec přesná. Při dnešním stavu poznání však nelze použít nic
výstižnějšího. Pokud budeme s něčím srovnávat, mělo by to být
moderní, podle posledních poznatků vědy a techniky. Srovnání
s dřevěným pluhem je méně přesné než s parním strojem a to je
opět méně přesné než srovnání s počítačem nebo složitým
stojem. Dále než k počítačem řízeným strojům naše technika
zatím nedošla. Proto nelze srovnávat s ničím výstižnějším.
Jediná další možnost je s ničím nesrovnávat. Tím se však
ochudíme o řadu možností jak pochopit hlouběji funkční
principy složitých provázaných systémů, kterými organizmy
nesporně alespoň částečně jsou.
9
Přiznám se, že když čtu představy J.B.Lamarcka o fungování
organizmů, mám smíšené pocity. Ačkoli je jeho argumentace
velmi inteligentní a promyšlená, scházejí fakta, v dané době
neznámá, neobjevená. Následkem toho zůstávají z úvah
použitelné jen některé obecné představy. Lamarckovo stěžejní
dílo Zoologická filozofie z roku 1809 však má 600 stran.
Důsledným rozvíjením neúplných faktů do velké šíře však nelze
dospět ke správným výsledkům. Z odstupu přibližně 200 let
jsou některé chyby v argumentaci Lamarcka zřetelně vidět.
Přesto je jeho dílo obdivuhodné.
I dnes si musíme stále připomínat, že velké části
skutečnosti mohou být zatím nepoznané. Další výzkum může
přinést překvapivé výsledky a současné představy se mohou
ukázat jako naprosto nepodložené. Domnívám se, že s tímto
vědomím je potřeba přistupovat nejen k dnešní klasické
neodarwinistické teorii, ale i ke všem pokusům, vytvořit
teorii jinou. Prosím abyste se na práci, kterou máte v ruce,
takto dívali.
Poznámka:
V následujícím textu budu používat slova jako "složitost"
nebo "informace". Pojmy bych rád upřesnil. Informace v obvykle
míněném Shannonově smyslu souvisí s nepravděpodobností
uspořádání nějaké struktury nebo systému. Méně pravděpodobné,
složitější systémy obsahují v tomto smyslu více informace.
Molekulární biologové počínaje Francisem Crickem
nevyjadřují informaci pouze v pojmech složitosti ale i
specifičnosti. Specifičnost je "nezbytná pro funkci" systému
(Crick 1958, Sakar 1996). Dembski (2002) použil termín
"komplexní specifická informace", anglicky “complex specified
information”, ve zkratce (CSI) jako synonymum specifické
složitosti a tím odlišil biologickou informaci nezbytnou pro
funkci od Shannonovy informace.
10
2. Dnešní vědecké klima
Klasické vysvětlení evolučního procesu, od vzniku života
z neživých látek až po vývoj složitých organizmů je založeno
na rozšířeném pojetí původní Darwinovy myšlenky.
Neodarwinismus zasadil klasickou Darwinovu teorii do moderního
rámce a tvoří vědecké paradigma, v rámci nějž jsou
vysvětlovány všechny pozorované doklady a důkazy evolučního
procesu. Paradigma představuje celkový vědecký rámec pro
výzkum. Je to nejvyšší předpoklad, pomocí něhož se vysvětlují
pozorované skutečnosti. Paradigma podléhá v procesu poznání
změnám. Pokud přijímáme určité paradigma, říkáme tím, že víme
jak svět „funguje a vypadá“. Jak výzkumy přinášejí další
poznatky o přírodě a jejich zákonech, může se stát staré
paradigma nevyhovujícím. Nejprve se začnou množit
nevysvětlitelné anomálie, které nelze v rámci původních
představ vysvětlit. Zdá se, že se věda dostává do slepé
uličky. Zachvátí ji celkový chaos. Různí vědci se snaží
vtlačit nově pozorované skutečnosti do starého rámce. Problémů
přibývá a najednou dojde ke skokové změně. Touto změnou je
přijetí nového paradigmatu. Původně nevysvětlitelné jevy se
najednou zdají logickými a nutnými v novém světle. Věda může
pokračovat dál. Důležité přitom je, že témata pro výzkum i pro
nové teorie jsou určovány platným paradigmatem. Pokud tedy
paradigma určité jevy neočekává, nikdo je nehledá. Pokud se
přesto objeví, jsou násilně a často mylně vysvětlovány
v existujícím, nevyhovujícím rámci. Příkladem tohoto vývoje ve
vědě může být nahrazení klasické fyziky kvantovou mechanikou a
teorií relativity. Pohyb planety Merkur, stáčení perihelia
oběžné dráhy, neodpovídá přesně předpovědi newtonovské
klasické fyziky. O rozporu vzhledem k existující teorii se
vědělo. Někteří astronomové si mysleli, že se jedná o chybu
pozorování. Jiní odchylky prohlašovali za nezjistitelné.
11
Příchod obecné teorie relativity stáčení perihelia vysvětlil.
Pozorované chování planety Merkur bylo přijato jako jeden
z důkazů nové teorie. Vidíme, jak změna paradigmatu způsobila
zásadně jiný pohled na existující jev. To co se změnilo,
nebyla existence jevu, ale jeho interpretace. Jevy existují a
dají se pozorovat nezávisle na teoriích, které je popisují.
Současné paradigma je platné pro všechny přírodní vědy,
jako kosmologii, fyziku včetně kvantové teorie, chemii a další
vědní obory. Společným předpokladem těchto vědních oborů je
to, že příroda tvoří uzavřený systém příčin a účinků, které
tvoří tento svět.
Výsledky vědeckého bádání dávají plně zapravdu
oprávněnosti takového přístupu. Věda funguje, její výsledky se
dají v praxi úspěšně použít. Fungují stroje, komunikační
družice umožňují spojení po celé Zemi, počítače zpracovávají
data, léky pomáhají při léčení.
Velkou výhodou vědeckého pohledu na svět je jeho
univerzálnost a rozšiřitelnost. Postupem času se ke starším
funkčním teoriím přidávají novější, které přinášejí přesnější
(nebo správnější) popis sledovaných dějů. V tomto smyslu
například obecná teorie relativity nahradila Newtonovu
mechaniku. Často si takové zásadní změny vynutí i přehodnocení
a změnu paradigmatu.
V historii postupovalo vědecké poznání od snáze
pochopitelných a experimentálně snadno ověřitelných teorií ke
složitějším. Jako příklad vezměme opět Newtonovu mechaniku,
která je založena na několika rovnicích. Úspěšně přitom
popisuje řadu v přírodě pozorovatelných interakcí. Jedním
z předpokladů Newtonovy mechaniky je existence neomezeného
absolutního prostoru a času. Newtonova mechanika popisuje
gravitační interakce hmoty a uvádí do souvislosti sílu se
zrychlením a hmotností. Nepředpokládá žádné omezení maximální
rychlosti pohybu, pohyby se v ní skládají prostým vektorovým
12
součtem. Do příchodu Maxwellových rovnic které jsou s ní
v konfliktu, se zdála být univerzální a přesnou teorií.
Maxwellovy rovnice popisují elektromagnetické interakce.
Vyplývá z nich univerzální rychlost šíření elektromagnetických
vln. Tato rychlost nezávisí na pohybu souřadné soustavy, se
kterou je spojen pozorovatel, vždy se rovná stejné hodnotě,
rychlosti světla. Maxwellovy rovnice nelze zkombinovat
s klasickou Newtonovou mechanikou. Obě teorie nemohou být
správné současně, buď platí jedna nebo druhá. Analýzou rozporů
v předpovědích těchto teorií Albert Einstein vytvořil
speciální a následně obecnou teorii relativity. Nové teorie
vysvětlily rozpory v předpovědích Newtonovy mechaniky a
Maxwellových rovnic. Ukázalo se, že předpovědi původní
Newtonovy teorie jsou jen aproximací předpovědí nové teorie
relativity pro malé rychlosti pohybu. Malé rychlosti zde
míníme vzhledem k rychlosti světla. Rychlost světla je
v měřítcích lidské zkušenosti velmi vysoká, přibližně 300 000
km/s. Teprve, když je rychlost zkoumaného pohybu srovnatelná
s rychlostí světla, vynoří se relativistické jevy s takovou
intenzitou, že mohou být pozorovány. Proto mohly unikat
dlouhou dobu zpozorování. Pokud zkoumáme pohyby při rychlosti
auta nebo vlaku, chová se všechno podle Newtonovy teorie.
Dokonce pro výpočet drah kosmických sond k Měsíci nebo k Marsu
se stále používá Newtonova mechanika.
Nové teorie jsou obvykle po matematické stránce dosti
sofistikované a často špatně pochopitelné, protože jejich
předpovědi neodpovídají „zdravému rozumu“. Začalo to obecnou
teorií relativity a pokračovalo kvantovou mechanikou.
--------------------------------------------------------Pod čarou:
Vysokou „neuvěřitelnost“ teorie relativity lze
dokumentovat i na příkladu z nedávné minulosti. Počátkem 90.
let byl v USA dán do provozu systém GSP – globální poziční
13
systém. Systém se skládá z družic, přesně obíhajících po
určených oběžných drahách. Družice vysílají signály přijímané
GPS přijímači na zemi. Analýzou přijatých signálů vypočítá
přijímač svoji geografickou polohu. Systém stál mnoho peněz a
při jeho tvorbě nebyl prostor pro chyby. Protože se družice
pohybují poměrně rychle a navíc vysoko nad zemským povrchem,
podléhají relativistickým jevům. Elektromagnetické vlny, které
vysílá družice na zemský povrch klesají v gravitačním poli
Země. Tím se zvyšuje energie fotonů, jimiž jsou tyto vlny
tvořeny. Výsledkem je zvýšení kmitočtu u zemského povrchu
vzhledem k vysílači na družici. Jinými slovy, čas v souřadné
soustavě družice běží mírně jinou rychlostí než na povrchu
Země. Jev byl předpovězen obecnou teorií relativity a každá
družice systému GPS vysílá relativisticky korigovaný signál.
Předpověď jiné rychlosti běhu času na družici vzhledem
k zemskému povrchu byla pro řadu konstruktérů neuvěřitelná.
Prosadili si tedy, aby ve shodě se „zdravým rozumem“, podle
kterého běží čas všude stejně, bylo možno korekci vypnout a
vysílat nekorigovaný signál. Po uvedení systému GPS do provozu
byla nejprve korekce vypnuta. Přijímače udávaly nepřesné a
v čase navíc nestabilní polohy. Po zapnutí relativistické
korekce začal systém pracovat správně.
Ukazuje se, že „zdravý rozum“ není vždy správným vodítkem.
Současně to ukazuje na to, že teorie relativity je vysoce
neintuitivní. Konstruktéry GPS nelze podezřívat z nízké
inteligence. Přesto podlehli svému „zdravému rozumu“ a možnost
vypnutí korekce do systému zabudovali.
--------------------------------------------------------Výsledky dosažené kvantovou mechanikou jsou přitom vynikající.
Patří k nim vysvětlení podstaty a vlastností chemických vazeb,
vlastností polovodičů, vlastností atomových jader…. Současné
výzkumy elementárních částic a navazující moderní teorie často
ještě nemají statut obecně přijímané pravdy a patří spíše do
oblasti perspektivních nedokončených teorií, jako například
14
strunové teorie. Strunové teorie představují moderní směr
v teoretickém vysvětlení kvantových jevů. Místo pojmu bodové
částice zavádějí pojem struny. Řada výpočtů v oblasti částic
dává nekonečné výsledky. Je to dáno bodovým charakterem
částic, jak je předpokládá klasická teorie. Strunové teorie
interpretují částice jako malé, uzavřené smyčky, které mají
svoje vlastní módy kmitání. Tím se odstraní problém
s nekonečny, protože struny nemají nulovou délku. Strunové
teorie předpovídají vesmír s více než třemi prostorovými
rozměry. Předpokládají, že pouze tři rozměry jsou „rozvinuté“.
Další rozměry prostoru jsou svinuté samy do sebe a proto
nevyvolávají pozorovatelné jevy.
Syntéza kvantové mechaniky a obecné teorie relativity
tvoří základní složky moderního pohledu na kosmologii a teorii
velkého třesku. V kosmologii stále přicházejí další upřesnění,
týkající se především podstaty temné hmoty a kosmologické
konstanty, tedy problému, jak přesně probíhá rozpínání vesmíru
a je-li vesmír otevřený nebo uzavřený. Charakter vesmírné
expanze má vliv na dobu existence vesmíru a tím na možnost
vývoje organizmů.
V oblasti výzkumu vzniku a především vývoje živých soustav
přinesl průlomovou myšlenku Charles Darwin se svou teorií
vzniku druhů. O více než sto let později byla jeho teorie
modernizována začleněním nových poznatků o genetice, DNA a
vzniku života z neživých látek – vznikl neodarwinismus.
Vědci věří, že se v dohledné budoucnosti podaří vypracovat
konečnou teorii všeho, která nabídne soubor bezrozporných
rovnic, které budou popisovat celou realitu.
3. Teorie vzniku života
15
Neodarwinistická teorie se dnes chápe jako univerzální
vysvětlení všeho, co se stalo během vzniku a vývoje živé
hmoty. K původní teorii o vzniku druhů (darwinizmu) přibyly
nové, rozšiřující teorie. Teorie chemické evoluce, která se
snaží vysvětlit vznik jednoduchého autoreplikátoru chemickou
cestou. Teorie genetických mutací, která klade rovnítko mezi
původní Darwinovy odchylky a to, co dnes nazýváme mutacemi.
Vzhledem k faktům, jimiž existence života i proběhlá
evoluce bezpochyby jsou, hledají tyto teorie již jen
přijatelné mechanizmy. Teorie chemické evoluce se pokouší
nalézt kombinaci chemických látek a podmínek, aby mohlo dojít
k samovolnému vzniku nejjednoduššího možného replikačního
cyklu. Základní scénář vzniku života vychází z teorie ruského
vědce A.I.Oparina a britského vědce J.B.S.Haldanea. Ti ve
dvacátých letech dvacátého století vypracovali teorii, podle
které vytvořily základní stavební bloky života blesky
v prvotní zemské atmosféře. Volný kyslík v atmosféře vede
k rozkladu organických molekul. Proto Oparin a Haldane
předpokládali složení atmosféry, které se silně liší od
současného stavu. Atmosféra měla být bohatá na vodík, metan
(sloučenina vodíku a uhlíku, chemický vzorec CH4) čpavek
(sloučenina vodíku a dusíku, chemický vzorec NH3) a vodní páry.
Za takových podmínek by blesky mohly spontánně vytvořit
složitější organické molekuly. Blesky v tomto scénáři dodávají
potřebnou energii, aby chemické reakce mohly samovolně
probíhat. V roce 1953 byl podniknut první pokus o podepření
této teorie experimentem. Autorem pokusu byl americký
doktorand Stanley Miller se svým školitelem Haroldem Ureyem.
Zkonstruovali uzavřený přístroj. Po vyčerpání vzduchu jej
naplnili směsí plynů, které měly tvořit prvotní atmosféru
Země. Součástí uzavřeného okruhu přístroje byla i baňka
s vodou, kterou zespoda ohříval kahan. Vypařující se voda
vyvolávala cirkulaci plynů. Plyny se vracely zpět do baňky
přes elektrické jiskřiště, které napodobovalo blesky
16
v atmosféře. Po necelém týdnu provozu přístroje odebrali
výzkumníci vzorky vody. Identifikovali v ní několik
aminokyselin, které jsou součástí proteinů. Vznikly ovšem i
jiné organické sloučeniny, které nejsou obsaženy v živých
organizmech. Pokus potvrdil první krok ke vzniku života,
předpokládaný Oparinovou a Haldaneovou teorií.
Již v šedesátých letech dvacátého století však dospěli
geochemici k závěrům, silně zpochybňujícím složení redukční
atmosféry. Britští geologové Harry Clemmey a Nick Badham
v roce 1982 uvedli, že na základě analýzy hornin starých až
3,7 miliardy let nebyla atmosféra Země nikdy bezkyslíkatá. Již
malé množství kyslíku přitom znemožňuje tvorbu aminokyselin
způsobem, podobným jako v Millerově experimentu. Někteří vědci
tvrdí, že atmosféra bezkyslíkatá být musela, protože jinak by
se nemohly vytvářet látky potřebné pro start života.
Jiní vědci tváří v tvář problémům s věrohodností Millerova
experimentu navrhli jinou teorii. Vychází z předpokladu
samovolného sestavení RNA (kyselina ribonukleová)v podmínkách
rané Země. Tuto kyselinu používají buňky v procesu tvorby
proteinů. RNA se v některých případech může chovat jako enzym,
tedy katalyzovat (umožňovat a usnadňovat) chemické reakce. RNA
by se tak mohla katalyzovat svoji vlastní syntézu. Tím by
vznikl prvotní autoreplikační cyklus. Vznik rozumného množství
RNA však není pravděpodobný. Její koncentrace by tak byla
extrémně malá. Molekuly RNA navíc nejsou v podmínkách
předpokládaných na prvotním zemském povrchu stabilní a snadno
by se rozkládaly.
Proto lze Millerova pokusu i předpokladu prvotního
replikátoru tvořeného RNA použít pouze pro ilustraci. Za
skutečného předchůdce živých organizmů je nelze považovat.
(Pro úplnost je třeba zmínit ještě Cairn – Smithovu teorii
vzniku replikátoru oklikou přes jíly, na které se později
začaly vázat organické látky. I tato teorie je značně
diskutabilní a neověřená)
17
Mechanizmus vzniku autoreplikátoru se stále nepodařilo
uspokojivě vysvětlit. Jeho struktura musí být poměrně
komplikovaná. Co je horší, tato struktura musí vzniknout celá
„sama“, vlivem přirozených podmínek, přírodní výběr může
nastoupit až poté, co se nejjednodušší autoreplikační systém
sám rozběhne. Podobný replikátor nedovedeme sestavit ani
uměle. Pokud by se vědcům podařilo plánovité sestavení
jednoduchých replikátorů a prokázala se u nich možnost dalšího
samovolného evolučního zlepšování, podstatně by to zvýšilo
věrohodnost chemické evoluce. Uměle vyrobený počáteční
replikátor by současně mohl posloužit k získání určité
představy, jak mohly věci probíhat přirozenou cestou. Na
základě zkušeností s uměle získaným základem života by snad
šlo odhadnout, jak proces proběhl přirozenou cestou a jaké
jsou jeho zákonitosti. Přes plány na vytvoření umělé buňky a
úvahy o minimálním genomu se dosud nic z toho nepodařilo
realizovat.
Desetiletí výzkumů v oblasti samovolného vzniku života
vyvolává další otazníky, přitom pochopení a vyřešení problémů
je zatím v nedohlednu.
Další vývoj živé hmoty (vznik mnohobuněčných organizmů,
diverzifikace druhů…) je dokumentován konkrétními důkazy ve
formě zkamenělin a fosílií, které neoddiskutovatelně dokládají
evoluční vývoj. Jeho hnací silou jsou podle neodarwinistické
teorie variace (představované mutacemi) a přírodní výběr,
který způsobí, že náhodně lépe přizpůsobený organizmus bude
mít více potomků. Tím se v populaci rozšíří lépe přizpůsobení
jedinci a druh se změní (vynecháváme zde pro jednoduchost
pohlavní výběr, genetickou rekombinaci a další jevy, ke kterým
dochází až u vyšších, pohlavně se rozmnožujících organizmů).
Existuje řada příkladů, že k určitým změnám u druhů
dochází poměrně běžně. Například motýl drsnokřídlec březový
mění průměrné zabarvení v populaci podle toho, jak tmavá je
kůra na stromech v jeho teritoriu.(Nutno upozornit, že
18
v poslední době byly zpochybněny podmínky pozorování a tím i
věrohodnost těchto jevů.) Výsledky lidmi provozovaného
šlechtitelství ukazují, že k určitým změnám může docházet
poměrně snadno (například rozdíly mezi plemeny psů). Podobným
změnám, při kterých dochází pouze k modifikaci vlastností již
existujícího živočišného nebo rostlinného druhu se říká
mikroevoluce a jsou mnohokrát pozorovaným faktem.
Naopak makroevoluce (například postupný vznik savců
z plazů) je dokumentovaná pouze fosilními nálezy. Ty v řadě
případů neukazují na jednoznačně definovatelné přechody a
neumožňují jednoznačně určit, co bylo předkem čeho. Fosilní
nálezy ukazují, že evoluce neprobíhala rovnoměrně, jak kdysi
Darwin předpokládal, ale nepravidelně. Největší
nerovnoměrností, o které nás informují zkameněliny je období
kambria. V kambriu, v době před asi 500 miliony let, se náhle
ve zkamenělinách objevují vyšší živočichové mnoha
taxonomických skupin. Objevují se celé a utvořené kmeny a
třídy organizmů. Jejich vznik, dokumentovaný fosíliemi je
téměř náhlý, bez odpovídající evoluční minulosti. Vzhledem
k tomu, že fosilní důkazy se jeví jako velmi přesvědčivé,
nazývá se událost jako „kambrická exploze“ nebo jako
„biologický velký třesk“. Autorem pojmu „biologický velký
třesk“ je ruský fyzik Leonid.L.Morozov z moskevského Ústavu
chemické fyziky. V první polovině osmdesátých let 20. století
vytvořil teorii, která předpokládá v živých organizmech děje,
připomínající fázové přechody v neživých látkách, tedy náhlé
změny struktury za určitých podmínek.
Fakt nerovnoměrného evolučního vývoje vysvětluje teorie
přerušované rovnováhy. Předpokládá, že dobře adaptovaný druh
vydržel beze změn obvykle dlouhou dobu. Pak se rovnováha mezi
prostředím a tímto druhem porušila a druh se rychle změnil.
Otázkou zůstává, jestli události rozměru „kambrické exploze“
lze bezezbytku vysvětlit podobnými mechanizmy. Dlouhým údobím
stagnace následovaných rychlým přechodem vyhovují fosílie
19
podstatně lépe než představě rovnoměrné evoluce.
Neodarwinismus přijal množství upřesnění k původní Darwinově
teorii, teorie přerušované rovnováhy je jedním z nich.
Postupně se tak vyvinuly veškeré formy života, které dnes
na Zemi existují plus ty, které již vyhynuly a to z neživých
látek, přítomných v praatmosféře a na povrchu Země před více
než čtyřmi miliardami let.
Existují i teorie vzniku života, které předpokládají vznik
na jiné planetě (pravděpodobně v jiném hvězdném systému) a
import na naši Zemi. Import by mohl být buď přirozeného, nebo
umělého původu. V prvním případě by musely zárodky života,
například baktérie nebo spory (jedná se o bakteriální buňku
chráněnou před nepříznivými vlivy vnějšího prostředí speciální
odolnou vrstvou), přežít pasivní let vesmírem. Po tom, co by
se samovolně uvolnily z mateřské planety kdesi v kosmu,
putovaly by pomocí tlaku světelných vln. Nakonec by byly
zachyceny gravitačním polem Země a sestoupily by do atmosféry.
Vzhledem k velmi nízké hmotnosti spor by je takový sestup
nemusel tepelně poškodit. Výsledkem by byl import
předpřipraveného života na Zem. Druhou možností je import
pomocí hypotetického umělého nosiče mimozemšťanů. Ti by
záměrně vyslali rakety se zárodky života do různých koutů
vesmíru. Teorie importu života na Zem se nazývá teorií
panspermie. Předložil ji britský fyzik a biochemik Francis
Crick, jeden ze dvou objevitelů struktury DNA.
Mezi vznikem života na Zemi nebo na jiné planetě ale
zřejmě nemůže být velký rozdíl. Všude ve vesmíru platí velmi
pravděpodobně stejné zákony. Rozdíl by tedy mohl být pouze
v počátečních podmínkách na jiné planetě (jiné složení
atmosféry, jiné teploty…) a v tom, že v takovém případě by měl
život na svůj vznik více času. Vesmír je podle teorie velkého
třesku starý asi 13,6 miliardy let, zatímco Země jen 4,6
miliardy. Předchozí generace planetárních systémů tak mohly
existovat již několik miliard let před zformováním Země. Život
20
by tedy měl ke svému vzniku k dispozici více času. Pokud je
teorie velkého třesku správným modelem vývoje vesmíru, mohlo
by se jednat o maximálně dvakrát více času, než při spontánním
vzniku na Zemi.
Závěr je jasný - pokud život existuje (což je evidentní),
pak musel vzniknout přirozenými procesy na naší Zemi nebo
alespoň v našem vesmíru. V tomto smyslu je neodarwinizmus i
bez úplného vysvětlení všech detailů evoluce jedinou možnou
teorií vzniku života. Hmota, pocházející z velkého třesku
neobsahovala žádnou informaci. Atomy se zformovaly až po
určité době, kdy klesla hustota a teplota vesmíru. Nejprve
vznikly atomy lehkých prvků, vodíku a hélia. Teprve po vzniku
hvězd nastala éra výroby těžších prvků. Ty se vytvářely
v hvězdných jádrech pomocí termojaderných fůzí. V konečné fázi
hvězdného života dojde (za určitých předpokladů) k explozi
hvězdy. Tak se těžší prvky rozmetají do prostoru. Mohou být
potom zachyceny gravitačním polem ve vznikajících planetárních
systémech. Žádný z těchto procesů ovšem nemůže dodávat do
hmoty informaci ve smyslu organizovanosti. Pokud tedy existuje
vysoká organizovanost živých systémů, musela vzniknout „sama“.
Variace a přírodní výběr, po víceméně náhodném zažehnutí
alespoň nejjednoduššího autoreplikačního cyklu, jsou dle
neodarwinizmu jedinou možností.
S životem ovšem musí být slučitelné vlastnosti hmoty,
schopnost elementárních částic tvořit prvky, které umožňují
vytvoření živých soustav. Po velkém třesku se nejprve
vytvořily lehké prvky jako vodík a helium. Pouze z nich živé
soustavy nelze podle všeho vytvořit, alespoň ne soustavy
současného typu. Teprve, když se v jádrech hvězd vytvořily
termojadernými reakcemi těžší prvky (uhlík,kyslík,dusík….),
začaly být ve vznikajících planetárních systémech k dispozici
stavební kameny života.
Vznik života je tedy podmíněn vlastnostmi hmoty. Nevíme
bezpečně, jestli může být stabilní i hmota s jinými
21
vlastnostmi, například v hypotetických jiných vesmírech. Pokud
by uhlík měl odlišné vazebné vlastnosti než má, současné
organické molekuly by nemohly existovat. Snad by bylo možné
vytvořit život na jiné, neuhlíkaté bázi, ale to se již
pohybujeme čistě v rovině neověřených dohadů. V každém případě
platí, že vlastnosti hmoty jsou podmínkou nutnou pro existenci
života. V tomto smyslu je alespoň „možnost vzniku života a
evoluce“ předurčenou vlastností hmoty i podle neodarwinizmu.
Proč má hmota právě tyto vlastnosti, a jestli by vůbec mohla
mít jiné, nevíme.
Vraťme se nyní do období vzniku Darwinovy teorie, do roku
1859. O struktuře živých systémů tehdy nebylo mnoho známo.
Daly se sledovat jen ty vlastnosti organizmů, na které stačil
optický mikroskop. O vnitřní struktuře buněk se nevědělo téměř
nic. Ernst Haeckel, dobový obhájce Darwinovy teorie zastával
názor, že buňky mohou vznikat samy od sebe, protože jsou velmi
jednoduché. Na základě výsledků pozorování optickým
mikroskopem se domníval, že buňky nemají žádnou další vnitřní
strukturu. Proto se mu zdálo snadno možné, aby takové
„mikroskopické kousky želé“ vznikaly samy od sebe. Všeobecně
tehdy převládal názor, že nejenom buňky, ale i hmyz může
vznikat sám od sebe, protože drobná stvoření musí být velmi
jednoduchá. Bylo to zásadní nepochopení situace. Teprve objev
mikroskopu učinil podobným úvahám přítrž. Hmyz při pozorování
pouhým okem vypadá velmi jednoduše. Pod optickým mikroskopem
se však situace rapidně změní. Vyjde najevo, že tělo hmyzu
obsahuje udivující množství detailů, kterými byli tehdejší
výzkumníci velmi překvapeni.
Nepochopení složitosti života bylo dáno tím, že nebylo
s čím srovnávat. Člověk si může myslet, že moucha je
jednoduchý tvor pouze v úplné neznalosti. Jak ve dvacátém
století pokročila technika dále, došlo k odhalení řady
struktur živých organismů. Najednou se i „jednoduchá“ buňka
22
proměnila v překvapivě složitou strukturu. Objevy učiněné
pomocí elektronového mikroskopu zcela změnily pohled na
vnitřní složitost (CSI) buněk. Posléze se podařilo analyzovat
struktury bílkovin a řetězce DNA. Současně s výzkumem funkce
enzymů a odhalení alespoň několika biochemických drah a cyklů
začala vycházet najevo extrémní složitost fungování života.
Pokrok techniky byl pro tyto objevy rozhodující. Možnosti
optického mikroskopu končí u rozměru buňky. Protože
rozlišovací schopnost je limitována vlnovou délkou světla,
nemůže podobný mikroskop zobrazit detaily buněčné stavby.
Maximem jeho možností je zobrazení eukaryontní buňky
s nejasnou tmavou skvrnou uprostřed. Skvrna představuje
nedokonalý obraz buněčného jádra. Vynález elektronového
mikroskopu změnil situaci. Jelikož elektrony jsou částice
s podstatně nižší vlnovou délkou, zobrazují za určitých
podmínek asi 1000x jemnější detaily, než tomu bylo při použití
světla. Pod elektronovým mikroskopem vypadá buňka jako velmi
složitá struktura. Naděje, že by mohla být jednoduchá a
samovolně vznikat tak vzaly za své.
Další impuls přišel z jiného směru. V několika posledních
desetiletích začal člověk vytvářet umělé struktury, složitostí
alespoň řádově srovnatelné s živými soustavami. Nástup
kybernetiky, počítačů a vyspělejších technologií způsobil, že
si lidé uvědomili skutečnou složitost (komplikovanou vnitřní
strukturu), která musí být v živých systémech zabudována.
Konstruktér počítačem řízených průzkumných letadel snadno
pochopí, že „obyčejná“ moucha je nedostižné zařízení. Analýza
obrazových dat z očí v reálném čase, celková řídící logika
zajišťovaná mozkem, ovládání letové a pohybové soustavy navíc
v subminiaturních rozměrech je dnes technikou naprosto
nedosažitelné. Přídavkem moucha ovládá například rychlou
chemickou analýzu vhodné potravy a schopnost vytvářet kopie
sebe sama.
23
Organizmy mají samozřejmě jinou vnitřní strukturu než
současné stroje. Jinou z hlediska fyzické struktury, kde se
v každé buňce opakuje informace potřebná k sestavení celého
organismu. Jinou nepochybně i z hlediska formy zpracování dat
v mozku (má-li jej daný organizmus), mozek nepracuje jako
počítač se sériovým zpracováním instrukcí. Nicméně pokud
platí, že složitost chování je funkcí vnitřní struktury
systému, jsou dnešní počítače a stroje alespoň hrubým
měřítkem, jakou míru vnitřní komplikovanosti je potřeba
očekávat v každé buňce nebo bakterii. Podobné srovnání lidé
v 19. století neměli a proto se ve svých úvahách mohli
dopouštět obrovských chyb. Lze předpokládat, že i dnes stále
dochází k podhodnocení vnitřní složitosti organismů.
Zastávat toto stanovisko lze na základě historické
paralely. Ještě po druhé světové válce byli lidé velmi
udiveni, že netopýři používají pro orientaci ultrazvukový
sonar. Důvodem údivu bylo to, že radar, který je sonaru
principiálně podobný, byl teprve nedávno vynalezen a použit
k válečným účelům. Tedy jak je možné, že „obyčejné malé zvíře“
používá podobný systém odedávna ? (více například v
knize
Richarda Dawkinse: Slepý hodinář)
Nepochopení je tady zcela zásadní. Oči má řada zvířat a
přece se schopnosti vidět a analyzovat viděné nediví nikdo.
Přitom se jedná o mnohem složitější procesy, než jaké
probíhají v radaru z druhé světové války. Teprve příchod
srovnatelně složité technologie vytvořené člověkem odhalil
extrémní komplikovanost analýzy obrazových dat a to navíc
v reálném čase. Na úrovni, která by se byť jen blížila
schopnostem běžných zvířat, to dnes není (a asi ještě dlouho
nebude) pomocí technických prostředků možné. To naznačuje, že
lidé si intuitivně nechtějí připustit komplikovanost systémů,
které sami nevytvořili. Kdysi nebylo s čím srovnávat a tak
převládal názor, že hmyz je velmi primitivní a bez vnitřních
orgánů. V té době lidé neměli ještě ani parní stroj. Když měli
24
lidé nedokonalý radar, nechtěli věřit, že netopýr používá něco
podobného a dokonalejšího, neboť získané odrazy svým mozkem
navíc detailně analyzuje. Dnes mají lidé počítače a je
pravděpodobné, že problém s představivostí přetrvává.
Současná představa o fungování živých buněk vychází
předpokladu, že existuje jednosměrný přenos informací mezi DNA
a proteiny. Náhodné mutace v DNA pak ovlivní vlastnosti
organizmu, a ten je podroben přírodnímu výběru. Zpětný zápis
za života získaných informací zpět do DNA není možný (toto se
někdy nazývá „centrálním dogmatem“ biologie - pohled je
poplatný úrovni poznání 60. a 70. let). Alespoň tak to
prezentují klasičtí neodarwinisté v čele s Richardem
Dawkinsem.
Některé pokusy se získáváním imunity bakterií proti
antibiotikům však ukazují, že rychlost, se kterou se bakterie
stávají imunní, neodpovídá možnostem klasického výkladu o
přežití mutantních forem. Bakterie jako by jednak aktivně
pracovala na přizpůsobení svých biochemických pochodů danému
antibiotiku, navíc tuto získanou imunitu předává svým
potomkům. Svou roli jistě hraje i horizontální přenos genů.
Bakterie při něm poskytují část své DNA jiné bakterii v okolí.
Tím se imunita proti antibiotiku může šířit z jedné bakterie
do druhé.
Dědění získané imunity bylo údajně sledováno i u savců,
kde musí docházet k modifikaci pohlavních buněk, aby se znak
mohl dědit. Výsledky podobných pokusů zpochybňují klasickou
představu jednosměrného toku informací z DNA do proteinů.
Tato pozorování zatím nebyla široce přijata vědeckou obcí a
stále jsou ve stádiu prověřování, v současnosti se nepovažují
za potvrzená. Pokud by se tyto jevy nakonec ukázaly jako
reálné, znamenalo by to konec „centrálního dogmatu“.
25
Vezmeme-li v úvahu schopnosti buněk, zdá se nanejvýš
nepravděpodobné, že by cytoplazma (vnitřní část buňky)
sestávala z roztoku proteinů, které si v ní „jen tak plavou“.
Starší teorie, která představovala buňku jako váček s roztokem
proteinů tak musí být opuštěna. Naopak je potřeba předpokládat
silnou míru organizace proteinových sítí v cytoplazmě. Každý
protein je v kontaktu s okolními proteiny a vytváří tak
vzájemně propojenou síť o velkém množství prvků. Tato síť je
sídlem „inteligence“ buňky. V DNA se uchovávají informace o
pořadí aminokyselin v jednotlivých proteinech. Ne DNA, ale
buněčný mechanizmus proteinových sítí řídí čtení těchto dat a
vybírá, které proteiny se budou vytvářet (exprimovat). Vzniklý
protein musí být uveden do patřičného prostorového tvaru,
konformace, která není definována pouze jeho primární
strukturou, tedy pořadím aminokyselin. Prvním krokem při
tvorbě proteinu je jeho sestavení z aminokyselin. Vždy, když
se spojí dvě aminokyseliny, reaguje aminoskupina jedné
aminokyseliny s karboxylovou skupinou druhé aminokyseliny. Tím
se vytvoří spojení označované jako peptidová vazba.( Peptidová
vazba – CO – NH – je kovalentní vazba mezi zbytky aminokyselin
v peptidech a proteinech.) Tento proces se může opakovat velmi
dlouho a tím se vytvoří dlouhý řetězec aminokyselinových
„zbytků“. Vznikne tím protein, který je dlouhý typicky stovky
až tisíce zbytků. Takový protein může zaujmout mnoho různých
uspořádání. Protein má několik úrovní prostorového uspořádání.
Především je to Alfa-šroubovice, tvořená stočením proteinového
řetězce do spirály. Spirála je stabilizována vznikem
dodatečných vodíkových vazeb. Dále se řetězec skládá do
struktury vyššího řádu, nazývané Beta-hřeben. Hnací silou
tohoto skládání jsou též příčné vodíkové vazby. Alfašroubovice a Beta-hřebeny jsou nazývány sekundární strukturou,
primární strukturou je samotné pořadí aminokyselinových
zbytků, tvořících protein. Následně se protein balí do
poslední, terciární struktury, ve které vytváří specifické,
26
většinou kouli podobné uspořádání. Někdy se více podobně
uspořádaných proteinů ještě spojí do kvartérního komplexu.
Takový komplex se skládá z několika navzájem sdružených
proteinů, které tvoří podjednotky výsledné soustavy. Tak je
čtyřmi podjednotkami tvořen například hemoglobin, součást
červených krvinek přenášejících kyslík.
Po vytvoření primární struktury proteinu pomocí kopie
úseku DNA je nutné navést protein na správný prostorový tvar,
konformaci. Samotná primární struktura proteinu umožňuje vznik
mnoha chemicky stabilních tvarů. Většina z nich je pro potřeby
buněčných procesů nepoužitelná. Pokud by se do nich protein
dostal, neplnil by svoji funkci. Proto při skládání proteinu
asistují další, obklopující proteiny, proteinová síť.
Navedení na patřičnou konformaci a zařazení proteinu do sítě
je tedy také prací sítě samotné.
Zpracování informací v buňce musí být v každém případě
velmi složité a buňka musí být schopna řady logických operací
vysoké složitosti a to obrazně i „bez mozku“. Průměrné hodnoty
vlastností cytoplazmy jako například pH, nemusejí mít žádný
význam, protože se v cytoplazmě mohou měnit na rozměrových
škálách srovnatelných s rozměry proteinů. Buňka tak
pravděpodobně nepřipomíná váček s náplní homogenní cytoplazmy,
ve které „plavou“ proteiny, ale spíše strukturu křemíkového
čipu, jakým je například mikroprocesor. Je opodstatněné
domnívat se, že vnitřní struktura buněk je zatím podhodnocena,
ještě nebyla detailně prozkoumána a výzkum stále přináší nové
výsledky. Může na to mít vliv i skutečnost, že v případě
živých organizmů se zásadně pracuje s pojmy z chemie
(biochemie), které jinak evokují spíše představu chemikálií
slévaných ve zkumavkách. Záleží při nich na koncentracích
látek, teplotě, pH a dalších makroskopických parametrech
reakce. Reakce sama je zpravidla poměrně jednoduchá, aby se
vůbec dala zkoumat.
27
Představa na sobě ležících proteinů ve třech rozměrech,
které zpracovávají informace tempem, srovnatelným s rychlostí
počítače, je od „zkumavkové reakce“ hodně vzdálená. Rozdíl
může být stejný jako v elektronice kde na jedné straně děláme
pokus s uvolňováním tepla ve spirále vařiče, na druhé straně
provozujeme mikroprocesor s desítkami milionů spínacích prvků.
Oboje je přitom aplikací téhož – elektrického proudu.
Zkoumání struktur, které sestávají z jednotlivých proteinů
a současně jsou dynamicky proměnné, je velmi obtížné.
Rozměrová škála takových systémů neumožňuje přímé zkoumání a
to obzvláště v případě, kdy nesmí být podstatně narušena
organizace systému. Očekávaná míra vnitřní složitosti je navíc
velmi vysoká.
4. Složitost živých organizmů
Abychom mohli porovnávat vnitřní složitost (specifickou
strukturu nutnou k vykonávání určitých funkcí, CSI /Complex
Specified Information/) živočichů a strojů, vycházíme
z předpokladu, že funkce systému je obrazem jeho vnitřní
struktury. Pokud se podíváme na vyšší mnohobuněčné živočichy,
vždy najdeme určité shodné rysy jejich stavby. Nezávisle na
způsobu života a na prostředí, v němž se pohybují, obsahují
takové organizmy vždy základní strukturu, potřebnou pro svou
existenci. Je to nějaký druh vyživovací a dýchací soustavy,
která dodává organizmu zpracovatelnou energii. Dále je to
pohybová soustava, umožňující pohyb v okolním prostředí. Pro
koordinaci pohybu jsou k dispozici smyslové orgány, většinou
zrak, doplněný o další smysly v závislosti na životním
prostředí. Data, která poskytují tyto orgány, se zpracovávají
v nervové soustavě, u složitých organizmů v mozku. Ten je
centrem řídící logiky pro celé tělo. Některé jeho funkce jsou
zcela automatické, některé jsou vědomé. V závislosti na stupni
28
vývoje se především vědomé vlastnosti organizmů značně liší.
Předpokládá se, že například mravenci obsahují
předprogramované automatické funkce bez větších vlivů vědomí a
učení během života. Naopak u člověka vědomí, myšlení a
schopnost učení se tvoří podstatnou část mozkových funkcí.
Z uvedeného plyne důležitý závěr: bez ohledu na způsob
vzniku musí výsledný produkt splňovat určitá objektivní
kritéria, vyžadované vlastnostmi okolního prostředí. Proto se
struktura živých organizmů podobá struktuře složitých strojů.
Jako příklad vezměme automatické vozidlo pro průzkum planety
Mars. Takové vozidlo obsahuje nějaký zdroj energie, například
solární články. Dále obsahuje pohybovou soustavu, tvořenou
speciálním podvozkem s motory. Místo zraku používá kamery,
místo hmatu senzory. Výstupy těchto „smyslů stroje“ jsou
zavedeny do řídícího počítače, který koordinuje činnost
vozidla pomocí ovládání podvozku a motorů. Vidíme, že
struktura lidmi vytvořeného stroje a živého organizmu je
podobná. Pro vykonávání určitých funkcí je prostě potřebná
odpovídající struktura.
Platí to nejen pro fyzickou strukturu systému, kterou jsme
právě popsali, ale i pro strukturu řídící logiky. Funkce mozku
musí být alespoň do určité míry analogické funkci řídícího
počítače. Mozek i počítač dostávají ze „smyslů“ srovnatelná
data a musí srovnatelným způsobem řídit následné reakce
organizmu nebo stroje. Pokud se například myš blíží
k překážce, nenarazí do ní ale vyhne se, nebo zastaví. Totéž
provede i vozidlo pro průzkum Marsu.
Je tedy evidentní, že v mozku myši došlo ke zpracování dat
z očí, které ji informovaly o přibližující se překážce. K tomu
též došlo i v počítači vozidla. Rozhodnutí obou řídících
systémů bylo stejné, zabránit kolizi a tedy zastavit. Pokud
známe program pro řídící počítač vozidla, víme, jaké analýzy
musely být provedeny, aby bylo rozpoznáno blížící se
nebezpečí. Pokud analýza signálu z kamery a ovládání podvozku
29
a motorů zabírá v počítači určitou délku kódu, lze
předpokládat, že v mozku myši je to podobné. Ačkoli mozek
nepracuje se sériovým zpracováním dat jako počítač, celková
míra složitosti nutná pro provedení patřičného úkonu musí být
podobná.
Průměrná kamera dnes rozkládá obraz na statisíce,
maximálně jednotky milionů obrazových prvků. Oko savce
rozkládá obraz na řádově desítky milionů obrazových prvků (oko
člověka na více než 100 milionů). Z toho se dá usoudit, že
proces probíhající v mozku musí mít vyšší datovou průstupnost,
než jeho počítačový protějšek. Totéž platí o komplikovanosti
řízení podvozku vozidla ve srovnání s řízením pohybového
aparátu, končetin myši. Proto bude požadovaná složitost (ve
smyslu CSI) probíhajících pochodů u myši vyšší než u
automatického vozidla. Nic na tom nemění ani skutečnost, že
zpracování dat v mozku není stejného charakteru jako
v počítači. Počítač je čistě digitální systém. Znamená to, že
všechny údaje jsou v něm vyjádřeny ve formě číselných údajů.
Při své práci tyto údaje porovnává, násobí, sčítá - podobnými
čistě matematickými procesy se dobere výsledků. Výsledky mohou
představovat rozhodnutí o tom, jak se zachovat v určité
situaci. Mozek nejspíše používá nějaký druh analogové nebo
smíšené reprezentace údajů. Určitá data v něm budou
reprezentována pomocí rozdílné intenzity vzruchů, tedy
způsobem, kterému říkáme u technických systémů analogové
zpracování signálu. Takové zpracování může být úsporné
z hlediska požadované rychlosti procesů v mozku. Jeho
nevýhodou ale je určitá principiální nepřesnost, do signálu se
vždy dostává nějaké množství šumu, které jej znehodnocuje.
Zpracování v mozku každopádně musí být velmi složité, bez
ohledu na přesný způsob realizace.
U strojů přesně víme, jaká je vnitřní složitost, neboť
jsme jejich konstruktéry. Délka řídícího programu vozidla je
určující pro velikost paměti, která musí být do palubního
30
počítače instalována. Rychlost pohybu vozidla klade zase
nároky na výkon počítače, protože podněty z kamery musí být
zpracovány včas, dříve než vozidlo do něčeho narazí. Celková
vnitřní složitost počítače a jeho programu pak musí umožňovat
realizaci celkové řídící logiky se všemi potřebnými detaily.
Výkonnost mozku nelze měřit takovým způsobem, jako to děláme u
počítačů. Jiným způsobem realizovaný, avšak celkově
srovnatelný výkon musí být v mozku k dispozici. Vezmeme-li
v úvahu podstatně větší složitost a schopnosti myši oproti
automatickému vozidlu, je předpokládaný výkon mozku mnohem
vyšší než výkon řídícího počítače vozidla.
5. Možnosti prozkoumání složitých systémů
Složitý systém nemusí jít snadno prozkoumat a to ani
v případě, kdy byl vytvořen lidmi. Jako příklad vezměme
operační systém počítače. Běží ve známém prostředí, které je
definováno strukturou počítače. Ta je do detailu známa, ne
sice každému, ale výrobcům počítače (a jeho součástek) ano.
Přesto není možné analyzovat všechny funkce a vlastnosti
operačního systému, pokud k němu výrobce nedodá zdrojový kód.
Zdrojový kód je zápis, který vytvářejí programátoři. Je ve
formě srozumitelné pro člověka. Aby mohl hotový program,
napsaný ve zdrojovém kódu, běžet na počítači, musí se upravit.
Upraví se přeložením do instrukcí, srozumitelných počítači.
Kódy instrukcí, seřazené za sebou se ve formě souboru (nebo
více souborů) zaznamenají na nosič dat, třeba harddisk. Tento
zápis je pro člověka nesrozumitelný, mikroprocesor počítače
podle něj však dovede pracovat. Instrukce, probíhající
procesorem vytvářejí funkce, které jim vtělili programátoři.
Zpětná analýza z instrukcí na zdrojový kód však není reálná.
Pokud chceme zdrojový kód analyzovat, musí jej výrobce
programu zveřejnit.
31
I když není možné bezezbytku vztahovat počítačovou
metaforu na živé systémy, ukazuje to na krajně obtížnou
poznatelnost detailních pochodů v buňce. Vždyť kódy instrukcí
operačního systému počítače jsou uloženy v „čitelné“ formě na
harddisku a ví se že budou zpracovány sériově a jak, zatímco
struktura proteinové sítě je jednak krajně obtížně čitelná
(bez porušení), jednak nevíme, jaké chování máme očekávat.
Složitost a provázanost probíhajících buněčných procesů i v
„jednoduché“ prokaryontní buňce bakterie přitom téměř jistě o
mnoho překonává složitost (ve smyslu CSI) operačního systému
počítače.
Z tohoto pohledu se zdá krajně naivní dřívější názor, že
může být nalezena veličina (nazývaná entelechie), která nějak
definuje život a je ve vztahu k ostatním fyzikálním veličinám,
například k energii. Život je tvořen spoustou složitých
interakcí, asi jako počítačový program. Neexistuje nic, co by
mohlo systém tohoto typu popsat formou jednoduchého vztahu. Je
to
spousta detailů a vazeb, jsou složité a k úplnému
pochopení systému je potřeba všechny prozkoumat. Stejně jako u
počítačového programu existuje algoritmus, tedy jakýsi návod,
jak má program probíhat, bude u živých systémů existovat
nějaká podobná celková řídící logika. Proteinové sítě svojí
činností vytvářejí makroskopické funkce, které se podílejí na
chodu buňky. Některé tyto funkce již známe, jsou aktivovány
například při dělení buňky. Celkový kontext řízení buněčných
pochodů však znám není.
Počítačový program lze plně vyjádřit zdrojovým kódem. Co
v něm není, program neumí a nedělá. Pokud tedy někdo sleduje
například chování operačního systému, jeví se mu složitý a
postupně zjišťuje co všechno systém umí. Kdybychom ale
studovali zdrojový kód, budeme mít všechny „schopnosti“
operačního systému ve srozumitelné podobě před sebou. Budeme
schopni sestavit vývojové diagramy „celkovou logiku i
s detaily“, podle kterých se operační systém chová. Nic nám
32
nezůstane skryto. Dostali jsme se až na nejnižší úroveň, na
které lze systém zkoumat. Více informací, než je ve zdrojovém
kódu systém nemá. Je to s konečnou platností úplný a
vyčerpávající popis.
Stejně tak i u buňky, nebo obecně každého živého systému,
by měla existovat nejnižší úroveň. Úroveň pod kterou se již
nedá jít a která definuje úplným způsobem chování systému. To,
že je chování systému plně definováno, nemusí ještě znamenat,
že je deterministické. Kvantové jevy mohou například zanášet
jistou míru principiální neurčitosti do výsledku některých
buněčných (biochemických) pochodů. Může to znamenat, že ze
stejné situace proces přejde pokaždé do jiného stavu.
Jednotlivé přechody jsou přitom definovány pouze statisticky
na základě pravděpodobnosti. Takovéto chování sice vylučuje
přesně předpovědět všechny konkrétní výsledky jednotlivých
procesů, nesmí však vést ke ztrátě řídící logiky a tím ke
smrti buňky. Počítače jsou konstruovány tak, aby stejné
podmínky vždy vyvolaly stejnou odezvu, jsou tedy z tohoto
hlediska deterministické. Nevíme, jestli se v buňce projevuje
kvantově - mechanická neurčitost, případně, jak podstatné
procesy v buňce zasahuje. Ani v případě, že by se
neprojevovala (stejně jako u počítačů) vůbec, neznamená to
plně determinované chování buňky. Pouhých několik procesů,
běžících na různých časových škálách a majících spolu
interakce, vyvolá chování, které může být značně
nedeterministické. V takovém případě výsledek jednoho procesu
ovlivňuje druhý. Pokud procesy nejsou synchronní, je okamžik
ukončení prvního procesu z pohledu druhého náhodný. Pokud na
sobě tímto způsobem závisí několik procesů, nelze jejich
chování v čase jednoznačně popsat.
Funkce buňky, stejně jako funkce operačního systému
počítače nemohou být vyjádřeny v nějaké výrazně „kondenzované“
formě. Je to velký rozdíl oproti základnímu popisu fyzikálního
světa, kde lze napsat rovnice, které popisují (například)
33
gravitaci. Pomocí nich lze vysvětlit široké rozmezí
pozorovaných jevů. Je zásadní rozdíl mezi „fungováním“
sluneční soustavy a fungováním buňky (sluneční soustavu lze
popsat několika rovnicemi, funkci počítače nebo buňky pouze
pomocí komplikovaných popisů jednotlivých probíhajících
procesů). Teprve rozvoj technologií v posledních několika
desetiletích způsobil, že si to lze uvědomit v plném rozsahu.
Určitě tedy nelze hledat nějaký formující princip života,
který by měl přímý vztah k ostatním fyzikálním principům a
veličinám. Fungování našeho počítače, který používáme jako
metaforu života, nelze popsat nějakým obecným principem,
počítačovou „entelechií“. Je to možné pouze pomocí zdrojového
kódu a za předpokladu, že víme na jaké struktuře počítače kód
běží. To na čem kriticky záleží, jsou detaily a téměř každý
z nich je pro funkci důležitý.
Způsob, jakým systém vznikl není pro vlastní funkci
důležitý. Počítač byl zkonstruován člověkem a programy pro něj
také. Funkce počítače na tom však nezávisí. Procesor
zpracovává instrukce a podle nich počítač běží. Na složitosti
programu přitom záleží, co všechno zvládá. Vždy se ale dá
najít základní úroveň, u dnešních počítačů daná zdrojovým
kódem programu. Co v něm není obsaženo, počítač „neumí“.
V systému může být samozřejmě zabudováno i nedeterministické
chování. Jeho neurčitost je však daná předem ve zdrojovém kódu
například tím, že se vzájemně ovlivňuje několik procesů,
běžících v různých časových škálách. Výsledkem je jakési
zdánlivě nedeterministické chování, dané vnitřními proměnnými,
které nejsou za běhu programu vidět. Počítač by také mohl
využívat jevů kvantové neurčitosti. Pomocí nich by program
prováděl rozhodnutí, které by nebylo určeno vnitřními
proměnnými, bylo by z principu náhodné. Obvody, které by to
umožňovaly, však nejsou součástí dnešních počítačů.
Na základě uvedených principů pracuje každé zařízení,
které lze nazvat mechanizmem. Jsou to principy, které známe,
34
věda je objevila a konstruktéři využívají. Podle přijímané
mutačně-selekční teorie by i živé systémy měly být mechanizmy,
pouze řádově složitější než lidské výtvory. To však nic nemění
na skutečnosti, že by měla existovat jakási konečná hloubka
složitosti, pod kterou již nelze v živém systému jít.
O živých systémech se předpokládá, že se vyvinuly
z neživých látek postupným vývojem kumulativní selekcí. Jak
jsme již uvedli, způsob, jakým se systém vyvinul nesouvisí (v
době běhu počítače nebo v době života) s jeho funkcí. Buňka,
stejně jako počítač musí fungovat na základě konkrétních, na
sebe prostorově a časově navazujících procesů. Kdyby procesy
nefungovaly správně, buňka zemře a počítač havaruje například
do nekonečného cyklu, v němž již nebude dále schopen vykonávat
svoji původní funkci. Procesy, umožňující běh počítače nebo
život organizmu nejsou jednoduché. Musí však jít konkrétně
popsat a musí tedy mít konečnou hloubku složitosti v případě,
že daný systém pracuje jako mechanizmus.
S rostoucí komplikovaností roste i pravděpodobnost, že
pokud dojde k chybě, nestane se systém okamžitě zcela
nefunkčním, ale bude stále částečně fungovat. Jako jednoduchý
příklad vezměme žárovku (jednoduchý systém) a počítač
s částečně vadnou operační pamětí (složitý systém). Žárovka je
buď v pořádku, nebo prasklá. Tato jediná chyba ji učiní pro
původní účel zcela nepoužitelnou. Počítač s částečně vadnou
operační pamětí může fungovat aniž se to okamžitě projeví.
Chybou bude zasažen třeba jen jeden program, ležící v paměti,
ostatní mohou dále fungovat. Počítač se stane částečně
funkčním. Tato schopnost neztratit funkčnost okamžitě vytváří
možnost, jak by se mohl složitý systém vyvíjet v čase, pokud
by docházelo k jeho reprodukci, ale s určitými chybami. Pokud
bude činnost nového, změněného systému testována v přirozených
podmínkách provozu, jsou v zásadě čtyři možnosti. (Pro
přehlednost budeme opět uvažovat naše přirovnání k počítači.)
35
1.Změna se nemusí projevit vůbec, například malá chyba
v obrázku, zobrazovaném programem, způsobí tak nepatrnou
změnu, že si jí uživatel ani nevšimne.
2.Chyba se ale může vyskytnout i v instrukcích programu,
například textového editoru. Zde zpravidla způsobí nějaký
problém. Jelikož ale program obsahuje řadu částí, objeví se
chyba řekněme v nějaké méně podstatné části. Uživatel si ji
všimne až po nějaké chvíli. Chod programu může být nadále
možný, ale nesmí se používat určitá funkce, neboť vede
k havárii nebo zřetelně nesprávné funkci. Uživatelé budou
preferovat původní nezměněnou podobu programu, neboť v ní
lze používat všechny funkce.
3.Chyba se vyskytne v programu na takovém místě, že program
již nelze provozovat, například ani spustit. Takový program
okamžitě všichni uživatelé odmítnou, neboť nefunguje.
4.„Chyba“ bude znamenat nějaký druh náhodného vylepšení
programu. Například se projeví změna v údaji, který ovládá
velikost písma v nabídkové liště programu. Písmo nabídek se
zvětší
a bude proto čitelnější. Uživatelé budou preferovat
(více kupovat) program s touto zlepšující „chybou“.
Reakce uživatelů zde představuje metaforu přirozeného
výběru.
Pokud uživatelé nepoznají rozdíl mezi původním a změněným
programem, došlo k „neutrální mutaci“, náš příklad č.1.
Pokud preferují původní formu, bude se prosazovat oproti
formě polofunkční a ta nakonec „vyhyne“, náš příklad č.2.
36
Pokud uživatelé program odmítají, znamená to jeho „smrt“
(s životem neslučitelná mutace), náš příklad č.3.
Pokud budou uživatelé preferovat změněnou formu programu,
nastala „mutace se selektivní výhodou“ a mezi uživateli se
prosadí nová „mutovaná“ forma, náš příklad č.4.
Budeme-li vytvářet kopie z kopií programu a nabízet je
uživatelům, ti budou preferovat kopii programu z příkladu 4,
tedy zdokonalenou. Opakovaným kopírováním (nejlépe se prodává,
proto ji nejvíce kopírujeme) nabude dominantního postavení na
trhu. Časem se v kopiích objeví další náhodná chyba, a situace
se opakuje. Opět se nejvíce rozšíří opakovaně zdokonalená
kopie.
Uvedené bude platit i v případě, kdy většina změn
v programu nevyvolá žádný efekt. To se může stát v případě, že
většina programu je zbytečná, neboť byla nahrazena novými
částmi. Staré části sice zůstaly, ale program se na ně za
chodu nikdy neodkazuje. To je celkem běžná situace při vývoji
programů, kdy ve zdrojovém kódu zůstávají staré části. Jsou
mimo provoz, ale programátor je zapomněl vymazat. Dlouhým
vývojem programu může být takových částí třeba i 90% délky
programu. Potom budou neutrální nejen změny například
v obrázcích, ale i v 9/10 programu, které ve skutečnosti
nejsou využity. Více než 90% změn tedy bude neutrálních.
Taková situace způsobí, že se zjistitelná změna v běžící části
programu vyskytne s pravděpodobností nižší než 10%. Kopírování
způsobí změnu něčeho podstatného méně často. Vyvolaná změna,
pokud nastane v běžící části, však bude mít charakter jedné ze
čtyř možností, jak jsme naznačili výše.
37
Kdybychom zde úvahy ukončili, mohli bychom konstatovat, že
vývoj pomocí mutačně-selekční metody funguje. Tím jsme
srovnáním s počítačem potvrdili oprávněnost neodarwinistického
přístupu. Mutace a následný přírodní výběr zdánlivě mohou
vylepšovat a snad i vytvářet složité systémy. Pokud však
provedeme hlubší rozbor, situace se změní.
6. Hlubší rozbor možností změn
V každém složitém systému, ve kterém je mnoho funkčních
vazeb bude převažovat možnost změny k horšímu. Pokud dojde
k náhodné „mutaci“, velmi pravděpodobně se činnost systému
zhorší. K přesnému ohodnocení pravděpodobností zhoršení a
zlepšení bychom museli zkoumat konkrétní systém. To je
v případě počítače obtížné a v případě živého systému
prakticky nemožné. Nebrání to ale tomu, abychom udělali nějaký
odhad. Lze předpokládat, že záporná mutace je pravděpodobnější
o mnoho řádů. Můžeme udělat optimistický odhad a prohlásit, že
na 100 záporných mutací se objeví jedna kladná (ve světě
počítačových programů je to nesmírně optimistický odhad).
38
Udělejme si myšlenkový experiment. (Předem chci upozornit
na řadu zjednodušení, které v zájmu přehlednosti provedeme.
Především budeme zcela ignorovat rekombinaci, ke které dochází
vždy když se spojí pohlavní buňky pohlavně se množících
zvířat. Rekombinace, míšení genů, však nemůže do systému
přinášet informaci (ve smyslu CSI), pouze ji jinak seskupí.
Zjednodušení nemá vliv na hlavní linii argumentace.)
Předpokládejme velmi složitý systém, tentokrát například
organizmus zvířete, šelmy. V takovém systému existuje mnoho
samostatných subsystémů, které jsou stále ještě složité.
Nacházíme je v něm na mnoha rozměrových škálách. V buňkách
jsou to základní biochemické dráhy, na vyšší úrovni můžeme
zmínit takové systémy jako krevní oběh nebo strukturu a
činnost mozku. Všechny tyto subsystémy jsou při zárodečném
vývoji vytvářeny dle „návodu“ uloženém v DNA (genech)
zárodečné buňky. Alespoň tak to tvrdí klasická
neodarwinistická teorie. Řetězec DNA přitom v důsledku
„molekulárních nehod“ při kopírování nese oproti rodičovským
organizmům nějaké náhodné mutace (silně zjednodušeno). Pokud
se jich vyskytne například 101, bude dle (námi odhadem
přijaté) teorie pravděpodobnosti 100 negativních a jedna
pozitivní. Předpokládejme, že pozitivní mutace zvýší naději
zvířete na přežití tím, že bude mít následkem této mutace
delší zuby. Zbylých 100 mutací se nemusí projevit
destruktivně, protože se jedná o složitý systém.
Předpokládejme navíc, že každá z těchto 100 mutací zasáhne
jiný subsystém zvířete. Jedna například mírně změní
metabolizmus buněk tak, že bude docházet k pomalejšímu
zpracování kyslíku ve tkáních. Jiná ovlivní způsob zpracování
obrazového signálu z očí tak, že se sníží rozlišovací
schopnost. Podobným způsobem se projeví i ostatní mutace,
každá jinde. Důležité je uvědomit si, že ve složitém a
provázaném systému je pravděpodobnost negativní mutace vždy
vyšší než pozitivní. Naše hypotetické zvíře tedy již svou
39
dávku štěstí vyčerpalo na to, že se mu jednou pozitivní mutací
prodloužily zuby.
Výsledkem mutací v první generaci je tedy zvíře, které
lépe přežívá díky delším zubům, ale současně v sobě nese 100
drobných, těžko zjistitelných zhoršení, které na přežívání
nemají žádný rozhodující vliv. Protože lépe přežívá, zvíře
bude mít více potomků, kterým předá svoje geny.
V další generaci dojde opět k mutacím, předpokládejme, že
jich bude opět 101. Jedna z nich bude kladná a způsobí
prodloužení nohou zvířete. 100 dalších bude záporných a
projeví se na jiných místech. Pokud jsou mutace náhodné,
nemohou se prakticky nikdy vyskytnout na stejných místech
genomu, jako v první generaci. Mutacemi budou tedy zasaženy
jiné subsystémy, například se mírně změní produkce inzulinu a
zvíře bude trpět lehkou cukrovkou. Současně dojde k dalším 99
mírně nepříznivým zásahům do různých jiných subsystémů.
Výsledkem mutací v druhé generaci je zvíře, které přežívá
ještě lépe, protože má delší zuby a delší nohy. Současně
v sobě nese již 200 mírných zhoršení oproti původnímu stavu.
Tato zhoršení jsou stále ještě maskována zlepšeními, která
způsobují, že zvíře lépe přežívá a má více potomků, kterým
předá svoje geny.
Pokud necháme běžet pomyslný vývoj dále, generaci za
generací se bude zvíře sice zrychlovat, ale současně i
chřadnout. Po určitém počtu generací začnou převládat
problémy, způsobené negativními mutacemi v subsystémech. Dále
již nebudou umožňovat život a zvíře uhyne, bez možnosti mít
potomky. Uhyne tedy statné zvíře s dlouhými zuby a rychlýma
nohama, ale s nefunkčním metabolizmem a dalšími poruchami. Ani
40
další zvířata stejného druhu v populaci na tom nebudou lépe.
Ačkoli i je náhodné mutace občas zdokonalí, na každé
zdokonalení se vyskytne 100 dalších, zhoršujících zásahů do
fungování zvířete. Postupně tedy snad proběhne nějaká selekce
přírodním výběrem (směrem k lepším vlastnostem), ale současně
bude druh nevyhnutelně směřovat k vyhynutí, protože negativní
náhodné mutace jsou pravděpodobnější a přírodní výběr je
nemůže všechny odstranit. Jednotkou selekce přírodního výběru
je celé zvíře, ne jeho části.
Problém s možností zdokonalení vzniká proto, že mutace
jsou náhodné a složitý systém je náhodnou změnou
pravděpodobněji zhoršen než zlepšen. Vznikne-li v každé
generaci několik mutací, bude většina z nich záporná u všech
zvířat v této generaci. Nějaká ta kladná mutace nemůže situaci
zachránit, přestože přírodnímu výběru jsou vystavena všechna
zvířata v dané generaci. Jelikož generace přicházejí za sebou
v čase (i když se mohou překrývat), přes probíhající přírodní
výběr bude množství negativních mutací narůstat, a ve výsledku
celou populaci zahubí. To se stane všem populacím všech druhů.
Podle teorie pravděpodobnosti a podle vlastností složitých
systémů by život neměl být stabilní. Nic na tom nespraví ani
tvořivá moc přírodního výběru, protože jsou mu k posouzení
předkládána vždy zvířata, která mají více zhoršení (byť
latentních a třeba ještě neviditelných) než zlepšení. Ani když
z nich vybere ta nejživotaschopnější, nelze průměrné degradaci
nijak zabránit.
Budeme-li předpokládat, že mutace jsou tak vzácné, že se
v každé generaci vyskytne jen jedna, nezmění to na našem
argumentu nic. 100 mláďat tak bude mírně zhoršených a 1
zlepšené. Rozdíly budou ovšem velmi malé, jiné klasická
neodarwinistická teorie ani nepřipouští. Selekce přírodním
41
výběrem nemůže situaci zachránit. Nelze očekávat nějak velmi
vysokou selektivitu výběru mezi téměř stejnými organizmy.
Proces úpadku bude pomalejší, než když se v každé generaci
objeví 101 mutací, jako v našem minulém příkladu. Změny
nastalé při mutacích nelze vzít zpět, neboť původní organizmy
již zemřely. Genofond populace v další generaci tvoří 100
mírně zhoršených a jedno mírně zlepšené zvíře. Jedno
dokonalejší zvíře nemůže mít dostatečný počet potomků na to,
aby potomci zhoršených zvířat byli v menšině. Navíc potomci
zlepšeného zvířete budou v poměru 100:1 zhoršení. Ředění
zlepšení v populaci je tak velmi vysoké a současně se stále
více procent populace zhoršuje. Výsledek bude pravděpodobně
stejný, jako když v jedné generaci dojde k více náhodným
mutacím (pouze úpadek bude pomalejší), viz náš minulý příklad.
Pokud by postup s náhodnými mutacemi a přírodním výběrem
fungoval, bylo by možné počítačové programy vylepšovat tak, že
bychom do nich zanesli určité množství náhodných chyb.
Následně bychom testovali, jestli se funkčnost programu
náhodou nezlepšila (ekvivalent přírodního výběru). Nikdy
bychom se však nesměli vrátit k originálu (ten již v případě
srovnání se zvířetem zemřel a k dispozici je jen potomstvo).
-------------------------------------------------------Pod čarou:
To že se nesmíme nikdy vrátit k původní verzi je důležité.
Pokud bychom se mohli vždy po vyhodnocení, že změna byla
negativní vrátit zpět a zkusit jinou, pomalý vývoj by byl
alespoň teoreticky možný. Jestliže ale změna nastala na nám
neznámém místě a k originálu se již nelze vrátit (protože
zemřel), máme v kopii téměř jistě negativní změnu. Ta se navíc
nemusí hned silně projevit. Změna v další generaci nastane
skoro jistě na jiném místě, nám opět neznámém. Umělý nebo
přírodní výběr je v tom okamžiku téměř bezmocný. Pouze ve
velmi malém počtu případů se podaří zachytit nějakou pozitivní
vlastnost, ve všech ostatních (stovkách, tisících, milionech….
42
?) případech se funkčnost mírně zhorší. Toto zhoršení nemůže
být selektivně odstraněno pomocí výběru, protože je z definice
velmi malé. Pouze je-li náhodou velké, živočich nepřežije
(nebo program se ani nerozběhne) a výběr jej ihned úplně
odstraní. Na podobné, zásadně nevýhodné mutace se však
mutačně-selekční teorie nemůže odkazovat. Jejím cílem je
vysvětlení postupného nárůstu složitosti (CSI)
v autoreplikačních systémech, ve kterých dochází k malým
odchylkám od originálu v každé generaci.
--------------------------------------------------------Pokud zaneseme do textového editoru například 101
náhodných malých změn, bude menší zázrak, jestli se rozběhne.
Předpokládejme však že ano, a že má hezčí barvu pozadí než měl
originál (to je ta 1 pozitivní mutace). Máme v něm ale již 100
dalších změn, které se projevují haváriemi v četných částech
programu. Řekněme, že nám to nevadí a upřednostníme vzhled.
Zaneseme do programu dalších 101 náhodných změn, abychom
simulovali další generaci. Nyní již je skoro jisté, že program
nepoběží vůbec. Pravděpodobnost, že by se nám podařilo program
náhodnými změnami „vyšlechtit“ k lepším výsledkům, je velmi
nízká, reálně nulová. Ve všech dalších „generacích“ se nám
projevují záporné změny. Tyto změny nelze korigovat, a
v programu se kumulují.
Lze to říci také tak, že uspořádaná sekvence znaků v DNA
(genech) obsahuje význam, který se při vývoji mnohobuněčného
organizmu ze zárodečné buňky zhmotní pomocí složitých procesů.
Tato sekvence je jako text. Obsahuje nějaké množství informace
(CSI), větší než náhodný řetězec stejné délky. Náhodný řetězec
představuje jen „šum“. Pokud začnou na nenáhodnou sekvenci
působit náhodné mutace, začne se sekvence postupně měnit na
šum. Tento „šum“ může být tvořivě využit pomocí přírodního
výběru pouze v případě, že se náhodně zlepší nějaká vlastnost.
Jelikož ale mutace na náhodných místech představují téměř vždy
43
zhoršení, a jelikož je řetězec změněn na několika místech
v každé generaci, nelze se vyhnout nárůstu neurčitosti.
Původně uspořádaná sekvence se tak bude dostávat blíže a blíže
k náhodnému pořadí. Časem ztratí význam natolik, že přes
selektivní přírodní výběr dojde k celkové degradaci. Uvedené
platí i v případě, že je evoluce ovlivňována i jinými
(mimogenetickými, tedy negenetickými) faktory, avšak pokud
organizmus pokládáme za mechanizmus. Lze předpokládat, že
pravděpodobnost pozitivní mutace 1:100, kterou jsme použili
v našem myšlenkovém experimentu, je velmi optimistická.
Pokud budeme daný systém považovat za mechanizmus (všechny
stroje a počítače jsou mechanizmy), pak se nelze vyhnout
vzrůstu počtu chyb ve fungování tohoto mechanizmu, když na něj
působí náhodné vlivy. Stabilizující vliv přírodního (nebo
umělého) výběru, pracujícího na základě zachycení pozitivních
změn, nebude dostatečný. V systému se vždy objeví i změny,
které nelze výběrem zachytit a přitom jsou negativní.
Z dlouhodobého hlediska se bude funkčnost systému zhoršovat
generaci za generací.
V několika posledních desetiletích byly objeveny určité
jevy samoorganizace v systémech daleko od termodynamické
rovnováhy. Tyto organizační principy nemohou vysvětlit vznik
složitých provázaných soustav, protože výsledkem jejich
působení jsou pouze varianty periodických struktur. Periodické
struktury obsahují opakující se sekvenci. Proto nejsou
nositelem žádné rozsáhlé informace. Příkladem periodických
struktur jsou krystaly. V nich se opakuje stále totéž
uspořádání. Miliony a miliardy atomů v nich mají strukturu,
nenesou však informaci. Tím se od aperiodických struktur
zásadně odlišují. Aperiodické struktury mají charakter textu,
mají vysoký nenáhodný obsah informace
44
V roce 2002 v Austrálii provedené výzkumy potvrdily, že ve
velmi malých objemech, kde interaguje malé množství částic
může krátkodobě klesat entropie, jinak řečeno růst
organizovanost. Předpokládá se, že by podobné mechanizmy mohly
hrát roli v živých organizmech, případně že by se daly využít
při konstrukci nanotechnologických zařízení. Jelikož ale se
vzrůstajícím rozměrem systému prudce klesá pravděpodobnost
takového děje, možnost, že by se tím daly vysvětlit zásadní
kroky ve vývoji organizmů je velmi malá. Pokud musí vývoj
postupovat metodou malých změn, vše co jsme již zmínili o
pravděpodobnostech mutací zůstává v platnosti.
Proto se domnívám, že klasický mutačně-selekční model
nemůže představovat dostatečné vysvětlení pozorovaného
evolučního vývoje. Zřejmě je vysvětlením částečným a je
potřeba jej o něco doplnit. Znamená to, že ještě neznáme
všechny jevy, které je nutno vzít v úvahu. V následující části
se pokusím předložit hypotézu, která si nečiní nárok na to, že
je pravdivá. Nazývám ji teorií primární reality.
45
7. Teorie primární reality
Složitý systém může být zajištěn proti náhodným chybám.
Počítač například nespustí program, u kterého nesouhlasí
kontrolní součty, při čtení z disku nahlásí chybu. Tím program
nelze použít a z dalšího vývoje je vyloučen. V použití
zůstávají jen nezměněné kopie. Dále lze proti chybám využít
několikanásobné kopie téže sekvence, program může být na
datovém médiu uložen řekněme v deseti kopiích. Před spuštěním
se kopie porovnají. Pokud je jich více naprosto stejných a
některá je jiná, lze ji vyřadit jako poškozenou. V další
generaci lze znovu vytvořit deset kopií podle těch stejných,
nepoškozených. Tak lze systém udržet stabilním po prakticky
neomezený počet „generací“, pokud pracujeme s dostatečným
počtem kopií. Takto koncipovaný systém je sice stabilní,
nemůže se ale náhodnými mutacemi a následným zachycením
příznivých odchylek pomocí přírodního výběru vyvíjet. Aby to
bylo možné, musel by se systém skládat ze dvou částí. První by
byla stabilní část, jejíž stabilita by byla zajištěna
například pomocí vícenásobných kopií a vzájemnému porovnávání.
Druhou částí by byla část, ve které nejsou náhodné změny nijak
opravovány. Tato část by obsahovala jakési parametry, které se
mají nastavit (vyvinout) pomocí přírodního výběru. Stabilní
část by musela poskytovat pracovní „pozadí“ pro evoluci
v druhé, náhodně modifikovatelné části. V takto organizovaném
dvousložkovém systému skutečně může probíhat adaptivní,
kumulativní selekce vlastností. Do této kategorie patří
programy, které demonstrují evoluci na počítači. V takových
programech „neevolvuje“ celý program, ale jen část, k tomu
určená. Pokud například Richard Dawkins ve své knize Slepý
hodinář demonstruje evoluci biomorf (počítačem generované
grafické objekty), používá k tomu program, který se nemění.
Ukazuje, že umělým výběrem lze skutečně vyšlechtit různé
zajímavé tvary biomorf. Mění se však pouze „geny“ a ty jsou
46
představovány proměnnými programu. Pokud by se začaly měnit
vlastní programové instrukce, program by havaroval a další
evoluce biomorf by nebyla možná.
Na základě úvah o systémech, které mají dvě části,
stabilní a proměnnou, můžeme vymyslet konkrétní systém, který
lze vylepšit náhodnými mutacemi. Představme si továrnu na
televizory, kde se vyrábějí funkční přístroje. Nemají však
nastaveny ani přibližně správně parametry obrazu a zvuku –
kontrast, barevný kontrast, jas a hlasitost. U normálního
přístroje jsou nastavení dostupná pomocí dálkového ovládání.
V továrně byly nastaveny a každý (kdo si televizor koupí) si
je upraví tak, aby mu vyhovovaly. V našem příkladu to tak
není. Parametry nelze z dálkového ovládání vůbec nastavovat.
Továrna vyrobí nejprve první sérii, „generaci“, televizorů
s úplně náhodným nastavením. Některé přístroje budou mít obraz
velmi temný, jiné příliš jasný. Náhodně se objeví i zhruba
správné kombinace parametrů. Pouze ty přístroje, které budou
mít přiměřeně správně nastaven obraz a současně i přiměřenou
hlasitost zvuku se prosadí na trhu. Další generaci odvodíme v
naší továrně z těchto dobře prodejných přístrojů tím, že
náhodně mírně změníme hodnoty nastavení a přístroje opět
uvedeme na trh. Zákazníci opět vyberou optimální nastavení, a
tím „zlepší“ obraz i zvuk přístrojů. Pokud budeme televizory
prodávat do různých prostředí, můžeme si všimnout rozdílů.
Přístroje prodávané do restaurací získaly „evolucí“ vyšší
hlasitost i jas obrazu než ty prodané do ložnic. Vlivy
prostředí mají vliv na nastavení „genů“ obrazu i zvuku a
hodnoty těchto genů skutečně byly získány kumulativní selekcí.
Stabilní částí je zde elektronika televizoru, náhodně
modifikovatelnou část představují parametry, „geny“, obrazu a
zvuku.
47
Z uvedených úvah vyplývá, že pokud má být evoluce pomocí
náhodných mutací možná, musí existovat stabilní jádro systému,
které poskytuje evoluci pracovní pozadí, viz obr 1.
Obr 1.
Složitost pracovního pozadí je rozhodující pro možnosti
evoluce. Pokud se může například měnit pouze jeden parametr „gen“, evoluce optimalizuje jeho hodnotu a dále se nedostane.
Pokud by začaly náhodné zásahy do stabilního jádra systému,
ten se po nějaké době zhroutí. Projeví se vyšší
pravděpodobnost záporných změn oproti kladným. Proto není
možné očekávat, že evoluce složitých systémů může vycházet
z jednoduchého pracovního pozadí. Počet proměnných „genů“ musí
být pro možnost evoluce složitých systémů vysoký. To znamená
i vysokou složitost pracovního pozadí.
Pokud budeme předpokládat postupný vývoj od jednobuněčných
organizmů až k savcům, bude obtížné představit si stabilní
část systému, která by mohla zůstat po celou dobu stejná.
Počet genů, které „ovládají“ jednobuněčný organizmus se liší
od počtu genů nutných pro zárodečný vývoj a řízení složitého
mnohobuněčného těla savce. Pokud nejsou zásahy do stabilního
pracovního pozadí možné, nelze vysvětlit postupný vývoj druhů
ve směru od jednodušších ke složitějším. Pokud předpokládáme,
48
že organizmy fungují jako mechanizmy, můžeme vysvětlit
nanejvýš stabilitu druhů. Druhy se mohou přizpůsobovat
prostředí pomocí předem určených nastavitelných parametrů. Je
to obdoba našeho příkladu s nastavením parametrů obrazu a
zvuku u televizoru pomocí preferencí zákazníků. Pokud ale
necháme náhodně „mutovat“ zapojení obvodů a hodnoty součástek,
televizory přestanou záhy pracovat, bez ohledu na
stabilizující vliv výběru zákazníků.
Vnesení nových funkcí do systému, například vývoj
dálkového ovládání televizoru tímto způsobem, je prakticky
nemožné.
Pokud budeme chtít vytvořit složitější organizmy
z jednodušších pomocí náhodných mutací v celém organizmu, (ne
jenom v jeho k tomu určené části) a jejich zachycení přírodním
výběrem, dostaneme se do potíží. Je to proto, že
pravděpodobnost záporné mutace (tedy takové mutace, která
způsobí špatnou funkčnost nebo nefunkčnost) je o mnoho vyšší
než kladné. Přírodní výběr nemůže být silně selektivní,
reagovat ostře na velmi malé odchylky. Jeho tvůrčí a
stabilizující vliv je nedostatečný.
Přes všechny uvedené výhrady k vývojovému mechanizmu je
evidentní, že k vývoji došlo. Vesmír je nejspíše skutečně tak
starý, jak prokázali kosmologové (asi 13,5 miliardy let), Země
je skutečně stará asi 4,6 miliardy let. Na prvopočátku na Zemi
panovaly podmínky, za kterých život nemohl na jejím povrchu
existovat. Zkameněliny ukazují, že k vývoji od jednobuněčných
organizmů až k savcům skutečně postupně došlo. Jinak tomu ani
být nemohlo. Proces, který by najednou sestavil mnohobuněčné
tělo, je stěží představitelný. Ať jsou mechanizmy evoluce
jakékoli, musela začít u jednoduchých struktur a pokračovat
směrem ke složitějším. Je to dáno samotnou logikou věcí.
K dispozici máme i přibližný časový rámec evolučních změn,
49
zachycený ve fosíliích. Život existuje a tím je současně
dokázán jeho vznik na Zemi, případně přenos na Zem z jiné
části vesmíru (teorie panspermie). Teorie panspermie ovšem
nijak nepřispívá k pochopení vzniku a vývoje ranného života,
pouze jej posouvá na jiné místo ve vesmíru.
Proto je potřeba respektovat současně dvě zdánlivě
neslučitelné věci. Všechno, nebo téměř všechno co zjistily
přírodní vědy, je nutné považovat za fakta. Faktem je evoluce,
faktem je stáří vesmíru, platí závěry teorie relativity i
kvantové mechaniky. Faktem jsou zákony dědičnosti i zjištění
evoluční biologie.
Na druhou stranu je faktem i velmi obtížná možnost vývoje
a stability náhodně se měnících složitých systémů. Klasický
mechanizmus evoluce „mutace-přírodní výběr“ tak nemůže evoluci
ani stabilitu života plně vysvětlit. Musí však být součástí
vysvětlení, protože jinak by se zase nedalo vysvětlit
pozorované množství druhů organizmů v biosféře a jejich často
složité a evidentně adaptivní přizpůsobení podmínkám i sobě
navzájem. V této nelehké situaci se řada vědců prostě rozhodne
přijmout „menší zlo“ a považovat klasickou vývojovou teorii
„mutace-přírodní výběr“ za správnou. Vzhledem k tomu, že ne
všechny vlastnosti složitých systémů lze snadno definovat a
posoudit, zdá se, že je to odpovídající rozhodnutí. Řada vědců
pracujících v příbuzných oborech o věci ani dlouze neuvažuje a
přijme ji jako fakt na základě autority jiných vědců. Někteří
vědci ve funkčnost a adekvátnost klasické teorie upřímně věří.
Často si asi ani neuvědomují, že pokusy, pomocí nichž se snaží
tuto teorii podepřít, mnoho nedokazují (například Richard
Dawkins a jeho vývoj počítačových biomorf).
Hlasy vědců nespokojených s klasickou teorií se výrazně
ozývají. Jedná se o zastánce teorie inteligentního návrhu
(ID), mezi které patří například již zmíněný americký
50
biochemik Michael J. Behe. Jiní poukazují na nereálnost
spontánního vzniku života pomocí chemické evoluce, například
autoři knihy Tajemství vzniku života - Charles B. Thaxton,
Walter L. Bradley, Roger L. Olsen. Tito autoři podrobně
analyzují podmínky možného spontánního vzniku prvotního
autoreplikátoru. Analyzují podmínky na ranné Zemi. Zabývají se
vazebnými energiemi v předpokládaných reakcích a strukturami
vznikajících sloučenin, které by mohly mít význam z hlediska
vzniku života. Výsledkem jejich rozboru je zjištění téměř
nulové pravděpodobnosti spontánního vzniku potřebných
struktur.
Problémy a nejasnosti se vyskytují ve všech složkách a
stupních současné vývojové teorie. Je subjektivní volbou,
jestli je uznáme za nepodstatné nebo naopak zásadní.
Vezmeme-li v úvahu vlastnosti systémů typu mechanizmus
tak, jak je zná dnešní věda a technika, nelze klasickou teorii
považovat za dostatečnou. Technické výtvory člověka jsou
mechanizmy vždy. Nezáleží na tom, jestli se jedná o auto nebo
o počítač, konečná hloubka složitosti a definice funkcí pomocí
„zdrojového kódu“ nebo plánu je zde pokaždé. Zdokonalovat
takové systémy lze pouze na základě úprav, které jsou předem
rozmyšlené a koordinované. Již jsme ukázali, že mechanizmus
náhodné změny a zachycení výhodných změn přírodním výběrem je
nedostatečný. Důvodem je podstatně vyšší pravděpodobnost
náhodné negativní změny než náhodné pozitivní. Přírodní výběr
nemůže být v případě malých změn (a ty se v klasické vývojové
teorii předpokládají vždy) silně selektivní. Tím se do dalších
generací přenáší organizmy, které jsou sice mírně lépe
přizpůsobené svému okolí, současně však podstatně více
degradované negativními změnami.
51
Často citovaný dlouhý čas, který byl k dispozici pro vývoj
života, problém neřeší. Vývoj se potýká s nepřízní
pravděpodobnosti stále, ne pouze při prvním kroku vzniku
života. Pokud dojde z chemických látek k náhodnému vzniku
jednoduchého autoreplikátoru, neznamená to, že jeho složitost
(CSI) začne stoupat. Buď systém upadne do jednoduché smyčky,
která se snad může nějakou dobu udržet, nebo se po několika
cyklech zase rozpadne. Stejně tak, pokud se přemístíme na
úroveň rozvinutého života, například mnohobuněčných živočichů,
není možné klasickým způsobem vysvětlit ani jejich stabilitu.
Vývoj tak probíhá celou dobu proti směru procesů, které jsme
schopni pomocí současných vědeckých teorií (teorií na základě
kterých konstruujeme stroje a zařízení) rozumně vysvětlit.
Rozumným vysvětlením myslím takové vysvětlení, které není
extrémně nepravděpodobné. Za jakýsi limit pravděpodobnosti
bychom mohli vzít pravděpodobnost 1:N, kde N = počet všech
elementárních částic ve vesmíru, tedy ani ne 1:1099. Takto
„vysokou“ pravděpodobnost však nelze při použití realistických
(dnes pochopitelných a vysvětlitelných) modelů evoluce získat.
Snadnější, než se odkazovat na velmi nízké pravděpodobnosti by
bylo objevit přijatelnější evoluční mechanizmus.
Lidé nedovedou u čistě technických produktů zvyšovat
složitost pomocí náhodné úpravy a jejího zachycení přirozeným
(nebo umělým) výběrem. Chápeme proč tomu tak je. Víme, že
pouze v případě, kdy systém má dvě části - stabilní „pozadí“
(definované jako procesy, které nesmějí být náhodně měněny) a
náhodně proměnnou
část, může docházet k určité optimalizaci
vlastností pomocí procesu „náhodná změna – výběr prostředím“.
Na tomto principu pracují počítačové programy pro ilustraci
evoluce, například Dawkinsovy biomorfy.
8. Co to znamená ?
52
Ve světle současných znalostí a zkušeností z řešení
technických problémů, tedy z oblasti konstrukce přístrojů a
programování počítačů se klasický mechanizmus evoluce zdá být
neudržitelný. Přesněji řečeno, zřejmě nemůže být mechanizmem
jediným. Pro udržení evoluce v chodu je podle dnešních
poznatků potřeba minimálně stabilní pracovní pozadí, které
nesmí být zasaženo náhodnými změnami. Pokud se ale systém má
vyvíjet k vyšší složitosti (CSI), ani tento požadavek nestačí.
Množství proměnných parametrů musí být v nějaké spojitosti se
složitostí systému. Znamená to, že jednobuněčný organizmus má
méně „nastavitelných“ parametrů než mnohobuněčný. Vznik orgánů
mnohobuněčného těla vyžaduje informace, uložené v zárodečné
buňce. Množství těchto informací si lze představit jako počet
„nastavitelných“ parametrů příslušejících k dané složitosti
organizmu. Protože organizmy představují širokou škálu, od
relativně jednoduchých až po velmi složité, není možné, aby
vývoj byl ovládán shodným pracovním pozadím. To se musí také
vyvíjet, společně s organizmem. To ale není pomocí klasické
teorie možné, neboť tím by došlo k postupnému úpadku funkcí a
tedy k opaku vývoje. Nebo by pracovní pozadí všech organizmů
muselo být rovnou tak složité, že by již obsahovalo všechny
parametry které budou využívány až teprve vysoce rozvinutými
organizmy. Vysvětlit vznik jakéhokoliv stabilního pracovního
pozadí pomocí přirozeného vývoje metodou „mutace – zachycení“
je, jak jsme viděli výše, téměř nemožné. Tím absurdnější je
vysvětlit samovolný vznik tak složitého pozadí, které umožní
vývoj až k velmi složitým organizmům.
Z uvedeného vyplývá jediné rozumné vysvětlení. Naše
znalosti nejsou kompletní, cosi podstatného nám uniká. Může to
být tím, že svět, který sledujeme, je jen jednou částí
skutečné reality a to realitou odvozenou. Skutečnou primární
realitu jsme dosud nepoznali. Průnik informací z primární do
naší odvozené reality je pracovním pozadím evoluce. Primární
53
realita poskytuje toto pracovní pozadí, konkrétní parametry
živých organizmů se hledají pomocí interakce s prostředím,
tedy klasickou metodou “mutace – zachycení přírodním výběrem“.
Podpora pomocí stabilního pracovního pozadí je poskytována
organizmům stále, i v současnosti. Mezi minulostí a
současností tedy není žádný rozdíl, vše se chová stále stejně,
není potřeba postulovat nějaké „stvoření“ života. To, že dnes
jsou organizmy vyspělejší než dříve, je výsledkem evoluce,
která pracuje na základě přírodního výběru (umožněného
stabilním pracovním pozadím). Tím složitost živých organizmů
stoupá.
Lidské výtvory pracují jako mechanizmy, nevyužívají
podpory pracovního pozadí. Vyvíjet počítačové programy nebo
přístroje pomocí metody „změna – zachycení výhodné změny
výběrem“ tedy nelze. I když výběr může i v tomto případě něco
málo zlepšit, systém záhy podlehne degradacím, protože
pravděpodobnost negativních změn je větší než změn
pozitivních. Lidské výtvory se budou chovat jako výhra
v loterii. I když občas někdo vyhraje, celkově klienti loterie
stále jen prodělávají, je to dáno pravděpodobnostmi výhry a
prohry.
Pracovní pozadí přitom může rozhodovat o časovém průběhu
evoluce. Může se například skokově měnit při dosažení určitého
stupně vývoje.
To by vysvětlovalo období stagnace i rychlé evoluční
úseky, v nichž vznikají nové „tělní plány“, například
v událostech kambrické exploze.
Kde máme toto pozadí hledat ? Jak konkrétně působí na
interakce atomů v organizmech ? A co je to primární realita ?
To dnes nevíme, neznamená to ale, že to nebudeme vědět nikdy.
Nabídnu zde několik možných vysvětlení.
54
Poznámka:
Uvedu ilustrativní příklad, co myslím možností existence
nepoznané, primární části reality. Představte si prázdný
pokoj, ve kterém provádíme akustické měření. Výsledkem je
zjištění, že v pokoji (v naší jediné realitě, za jejíž zdi
nevidíme) existuje periodické akustické vlnění (bum, bum...).
Na základě pozorování a pravidel vědy (neodvolávat se na
nezjištěné jevy) usoudíme, že sám vzduch v místnosti produkuje
tento jev. Musí jej produkovat, protože nic mimo neexistuje.
Disipativní struktury v okolí topení by se snad mohly
rozkmitat a vytvořit tak periodický děj....... Skutečností je,
že ve vedlejším pokoji hraje hlasitě rádio a zvuk k nám slabě
(přitom neplánovaně, jaksi omylem...) proniká. To je skutečným
důvodem pro jevy sledované v našem pokoji.
9. Co je primární realita ?
Představme si složitý počítač budoucnosti s velmi složitým
programem pro ilustraci evoluce. Pokud bude program pro řízení
vývoje (pracovní pozadí) složitý, může se v počítači evolucí
vyvinout rozum. Tento rozum začne analyzovat svoje okolí.
Odhalí například základní fyzickou strukturu počítače. Protože
neví, že v pozadí jeho vývoje byl program pro demonstraci
evoluce, začne hledat vysvětlení svého přirozeného vzniku.
Především je potřeba vysvětlit vznik počítače přirozenými
pochody na ranné Zemi. Program rozvíjí úvahy o samovolném
tavení křemíku a vzniku prvního primitivního čipu. Velkým
oříškem je i evoluční vznik harddisku......
Ve svém snažení program jistě nakonec jistě dospěje
k nějaké přijatelné teorii. Zdá se sice dosti nepravděpodobná,
ale protože nic jiného než přirozené procesy ranné Země
nemohlo působit, musí být správná. Chybného hodnocení situace
se program dopustil proto, že považoval svoje zjištění za
55
jedinou možnou realitu. Primární realita programátorů a
výrobce počítače mu zůstala skryta. Přitom to je pracovní
pozadí, které umožnilo vývoj rozumu v počítači. V době, kdy
počítač vytvoří svoji evoluční teorii, nemusí již programátoři
existovat. Lidé mohli již vymřít, „zapomenutý“ počítač však
přemýšlí dál. Vytváří „jedinou možnou“ evoluční teorii.
Toto velmi hrubé přirovnání ukazuje v čem může být
problém. O podstatě hmoty se toho mnoho neví. Čím základnější
otázky pokládáme, tím méně přesné odpovědi může současná věda
dát. Vědecké teorie popisují chování hmoty, nikoli její
podstatu. Kvantově-mechanické jevy dosud nedošly jednoznačné
interpretace. Všechny pokusy o vysvětlení jsou
problematické.
(Bez ohledu na různé interpretace lze postupů kvantové
mechaniky úspěšně užívat při návrhu integrovaných obvodů nebo
při předpovědích výsledků fyzikálních pokusů.)
Lze si představit situaci, kdy lidé ve svých technických
konstrukcích využívají jen některé vlastnosti hmoty, aniž o
tom vědí. Všechny přístroje a programy pro počítač fungují
jako mechanizmus. V počítačích se přes polovodičové přechody
posílá tolik elektronů, aby se eliminovaly kvantově-mechanické
neurčitosti. Polovodičový přechod se pak chová deterministicky
a umožňuje vykonávat například nějakou logickou funkci.
Mikroprocesor (ačkoli v něm dochází ke kvantově-mechanickým
dějům) se tedy chová naprosto deterministicky právě proto, že
kvantově-mechanické děje ve výsledku eliminuje. Toto chování
aplikované i na ukládání informací vytváří z počítače stroj,
plně závislý na programu, který zpracovává. Na neurčitosti
jakéhokoli typu není prostor. Pokud se taková neurčitost
například v důsledku poruchy objeví, počítač téměř jistě
havaruje. Pravděpodobnost samovolného zlepšení poruchou je
minimální.
56
Ačkoli se to v dnešních počítačích nedělá, je možno zapojit do
procesu i kvantové děje. Aplikace těchto pochodů však nesmí
narušit celkovou logiku probíhajících procesů, které tak opět
zůstávají v režii konstruktéra nebo programátora. Možnost, že
by náhodné děje mohly dodat do systému informaci,
zpracovatelnou pomocí zachycení umělým nebo přirozeným výběrem
se v technických disciplínách neuvažuje. Pokusy o takové
řešení technických systémů se nepoužívají pro svou evidentní
nefunkčnost. S určitým druhem změn se potýkají nechtěně skoro
všechny lidské výtvory. Většinou je taková změna nazývána
poruchou a její dopad je negativní. Pozitivní změny jsou
registrovány v minimu případů (i když se i v čistě technických
vodách výjimečně objeví, například náhodný objev VF
předmagnetizace pro zvukový záznam během 2. světové války).
-----------------------------------------------------Pod čarou:
Během 2. světové války došlo v Německu k podstatnému
vývoji v oblasti magnetofonů. Předválečné magnetofony
beznadějně šuměly. Magnetický záznam se nedal dobře použít.
Pak nastala průlomová událost. Stalo se to následovně:
Magnetický pásek vykazuje při analogovém záznamu
nelinearity. Znamená to, že pokud se pokoušíme zaznamenat
zvukový signál na pásek, vzniká silné zkreslení, tak velké, že
je záznam nesrozumitelný. Aby se zmenšilo toto zkreslení,
vymysleli konstruktéři předmagnetizaci. Ke zvukovému signálu
se před záznamem přidal pomocný stejnosměrný proud. Tento
proud linearizoval pásek, a záznam nebyl tolik zkreslený. Mělo
to však jednu nevýhodu. Pásek zůstával trvale stejnosměrně
zmagnetovaný a to při přehrávání způsobovalo silný rušivý šum.
Technici si zvykli, že magnetofony silně šumí a neudivovalo je
to. Považovalo se to za nutné zlo.
Pak se náhodou zjistilo, že jeden magnetofon ve studiu se
chová výrazně lépe než ostatní – téměř nešumí. Přivolaní
57
technici objevili, že se náhodně rozkmital záznamový zesilovač
a do zvukového signálu se místo stejnosměrného proudu dostává
neslyšitelný vysokofrekvenční proud, způsobený původně
nechtěným kmitáním zesilovače. Malá změna parametrů
záznamového zesilovače způsobila kmitání. Tato „mutace“ byla
velmi výhodná z hlediska vlastností magnetofonu. Nikdo ji
předem nenaplánoval, nikoho možnost vytvořit takovouto
předmagnetizaci ani nenapadla. Vývoj byl „zachycen“ selekcí
techniků. Od té doby se vysokofrekvenční předmagnetizace
používá u všech analogových magnetofonů. Získává se ale jinak.
Vyrábí se ve zvláštním generátoru, nikoliv v kmitajícím
záznamovém zesilovači. Vysokofrekvenční předmagnetizace
nenechává pásek trvale zmagnetovaný a tím podstatně snižuje
šum a částečně i zkreslení oproti stejnosměrné
předmagnetizaci. Máme zde příklad neplánovaného a náhodného
vylepšení. Metoda „mutace-selekce“ zafungovala a přinesla
překvapivý pokrok.
------------------------------------------------------
Z pohledu konstruktéra přístrojů je metoda „náhodná
mutace-nenáhodný výběr“ většinou zcela nefunkční i když se
může vyskytnout i výjimka. Přirozený nebo umělý výběr tedy má
určitou tvořivou moc, ta ale není dostatečná pro vysvětlení
vývoje zařízení nebo organizmu. Síla této metody je o několik
řádů nižší, než by bylo potřeba, aby mohla být jediným
mechanizmem vývoje.
Lidé dělají při konstrukci strojů a zařízení všechno
proto, aby stroj pracoval přesně podle toho jak byl navržen.
Tím záměrně eliminují všechny neurčitosti, i kvantověmechanické, které by mohly do předem naplánovaných procesů
vstoupit. Tento postup se vyplácí – stroje tak pracují poměrně
dlouho bez poruch.
58
10. Průnik informace z primární reality
Uvažme nyní možnost, že některé děje v přírodě nejsou plně
symetrické. Nesymetrií zde rozumíme preference určitých
chemických vazeb oproti jiným. Pomocí takových dějů by mohla
do určitých systémů pronikat informace z primární reality.
Kvantově-mechanické nebo i jiné procesy probíhající ve velkém
souboru částic by se mohly řídit pravidly, která zůstala
současné vědě zatím skrytá. Tím by mohla existovat možnost, že
do určitých konfigurací hmoty je možný průnik informací
z primární reality. Tímto neustálým informačním tokem by byla
udržována stabilita života a současně vytvářeny podmínky pro
jeho evoluci.
Existence podobných procesů nemusí být snadno zjistitelná,
navíc je evidentní, že pro jejich pozorování musí být
vytvořeny vhodné podmínky. Procesy by se musely projevovat
preferencemi v průběhu chemických reakcí ve velkých souborech
stavebních prvků, tedy například aminokyselin. Třeba jen mírné
preference by mohly mít za následek vytváření stabilních
autoreplikačních cyklů, schopných evoluce přirozeným výběrem.
Tyto cykly by měly stabilní a proměnnou část, jak jsme již
ukázali výše. Stabilní část by také musela podléhat nějakému
vývoji, aby se umožnila evoluce složitějších organizmů
s větším počtem volných parametrů. Hledání těchto parametrů by
bylo předmětem klasické mutačně-selekční teorie. Vývoj
stabilní části by musel být řízen nesymetrickými procesy,
které by stále udržovaly stabilní část v provozuschopné
podobě.
----------------------------------------------------------Pod čarou:
Základní části, jako DNA a proteiny, jsou společné pro
všechny známé organizmy. Mnoho společného mají i prokaryontní
a eukaryontní buňky. Základ fungování základních buněčných
59
procesů je stejný, nebo alespoň podobný u bakterií,
mnohobuněčných živočichů a rostlin. Přes určitou podobnost
jsou eukaryontní buňky současně značně odlišné od
prokaryontních. Existence jádra a dalších buněčných organel je
specifická právě jen pro eukaryontní buňky. Z nich se skládají
těla mnohobuněčných živočichů. Ačkoli nejsou funkce buněk
zatím hluboce prozkoumány, může to znamenat následující: Pro
život jednobuněčných bakterií stačí prokaryontní struktura.
Bez toho, abychom o ní věděli nejhlubší detaily, v mikroskopu
ji odlišíme od eukaryontní. Eukaryontní struktura buňky je
pravděpodobně nezbytná pro zárodečný vývoj a život
mnohobuněčných organizmů. Hluboké detaily opět neznáme, ale je
možné, že sledujeme nutnou nespojitost pracovního pozadí. Tato
nespojitost nemusela být produktem evoluce, ale mohlo se
jednat o výše zmíněnou nutnou skokovou změnu pracovního
pozadí, v tomto případě viditelnou mikroskopem. Další vývoj
mnohobuněčných pak probíhá již na eukaryontním základu.
Podle teorie primární reality by mohl vývoj života probíhat
následovně: Nejprve by vlivem nesymetrií vazebných vlastností
vzniknul první autoreplikátor. Ten by pomocí vyhledávání
vhodných parametrů vývoje přešel poměrně brzy do formy
prokaryontní buňky. V tomto stavu by život existoval dlouho.
Pracovní pozadí by testovalo rychlost změn evolučních
parametrů (parametry v náhodně proměnné části systému)
prvotních buněk. Součástí sledování by mohlo být i sledování
takových parametrů, které jsou v přímé spojitosti
s vlastnostmi obklopujícího prostředí. Mohly by tak být
získávány informace o množství kyslíku v atmosféře a další
údaje o životním prostředí. Systém by se tak připravoval na
přechod k složitějšímu uspořádání, až na to dozrají podmínky.
Až by bylo zjištěno, že okolní prostředí vyhovuje, došlo by
k vytvoření eukaryontních buněk. Tím by se otevřela cesta
k rozvoji mnohobuněčného života.
--------------------------------------------------------60
Pozorované výsledky takovéto evoluce by se příliš nelišily
od představ, založených na dnešní klasické neodarwinistické
teorii. Stabilní pracovní pozadí by však umožnilo evoluci bez
problémů fungovat, podobně jako v ilustrativním počítačovém
modelu. Tím by se klasická teorie zbavila problémů
s pravděpodobností příznivých mutací oproti nepříznivým.
Současně by se vyřešila otázka samovolného vzniku života
z chemických látek, protože by zde existoval slabý formující
princip. V neposlední řadě by byla snáze pochopitelná i
evoluce vyšších taxonomických skupin, jako například v případě
kambrické exploze.
11. Jak hledat
Kde by měla věda hledat známky podobných procesů ?
Především si je třeba uvědomit, že samotná stabilita organizmů
představuje formu důkazu. Z metodologického hlediska je však
toto tvrzení totéž jako prohlášení, že existence organizmů je
důkazem funkčnosti klasické mutačně-selekční teorie. S
existencí organizmů jsou slučitelné obě teorie. Pokud tvrdíme,
že mutačně-selekční mechanizmus není dostatečným vysvětlením
pozorovaného, pro podepření teorie primární reality bychom
potřebovali přímý důkaz. Teoretický rozbor pravděpodobnosti
příznivých a nepříznivých mutací v organizmech je však těžko
proveditelný. Hodnocení selektivnosti přírodního výběru je též
problematické. Závisí na řadě parametrů prostředí a na
interakci s jinými organizmy. Značně neurčité hodnocení mutací
a přírodního výběru tak nevytváří přesvědčivý obraz důkazu.
Bylo by potřeba najít přímé doklady očekávaných jevů,
opírající se o pozorování při standardních fyzikálních nebo
chemických pokusech.
Nyní odbočme a pokusme se určit podmínky, za kterých by
mohlo být podobné hledání úspěšné. Především si je třeba
61
uvědomit, že předpokládané formující principy jsou velmi
slabé. Kdyby totiž nebyly, vědci by si jich již dávno všimli.
Dalším předpokladem je, že hledané jevy působí v přírodě
stále, nebyly omezeny na dobu dávno minulou. Zde se dá podržet
faktu stability organizmů, která stálou existenci těchto jevů
vyžaduje. Pokud hledané jevy skutečně existují, mělo by být
možné je experimentálně najít a ověřit. Zde se můžeme opřít i
o jev známý a ověřený – o vysokou stabilitu vlastností
elementárních částic. Poměry základních fyzikálních konstant
(například konstanta jemné struktury) jsou neměnné a současně
umožňují vznik těžkých prvků slučitelných s biochemickým
životem. V tomto směru příroda poskytuje životu stabilní a
reálné podmínky pro rozvoj. Malá změna konstanty jemné
struktury by snadno způsobila nestabilitu hmoty a tím
nemožnost vývoje života a to i podle klasické neodarwinistické
teorie.
Vhodné vlastnosti hmoty jsou samozřejmě podmínkou, nemusí
ale stačit. Předmětem výzkumu by tedy mělo být hledání velmi
slabých jevů, které navíc mohou znatelně působit pouze
v určitých situacích, podobných, jaké se vyskytují
v organizmech.
Uvedu zde přirovnání z jiné oblasti. Na základě pozorování
můžeme usoudit, že povrch nějakého předmětu je dokonale rovný.
Vezměme například rovnou desku stolu. Pak na ni omylem
vysypeme malou vrstvičku mouky. Mouka která je tvořena
drobnými zrnky při pohybu po stole velmi citlivě reaguje na
nepatrné, běžně neviditelné nerovnosti. Když se na rozsypanou
mouku podíváme, zjistíme, že je na ní viditelná struktura
písma. Domyslíme si, že na stole někdo psal perem na papír a
hodně tlačil. Nepatrné vtlačení částí rovné desky stolu
dovnitř způsobilo, že se v mouce objevil reliéf písma, které
je nyní čitelné.
62
Pokud ale na stůl nevysypeme pouze malé množství, ale
řekněme kilogram mouky, žádná struktura se neobjeví, protože
je maskována silnou vrstvou mouky. Pouze některé varianty
pokusu s moukou odhalí, že na desce je něco slabě vytlačeno.
Pokud budeme testovat rovinnost stolu například kulečníkovou
koulí, nic nezjistíme, koule se bude chovat stejně jako na
dokonale rovném stole. Deska stolu má řadu vlastností a může
vstupovat do interakcí s různými tělesy, pokud zkoumáme její
vlastnosti. Pouze vhodně provedený pokus však odhalí slabou
„nesymetrii“ lokální rovinnosti desky. Na desce stolu může být
napsán tímto způsobem text, o kterém se za běžných okolností
nikdy nedozvíme. Na stole totiž děláme jiné věci a jiné pokusy
než ty, které by mohly skrytý jev zviditelnit. Pokud budeme
například stoly používat k stavění dřevěných domů místo cihel,
nacházíme se velmi daleko od podmínek, kdy bychom si mohli
drobných nerovností na desce všimnout.
Podobným způsobem mohly doposud unikat zpozorování některé
velmi slabě nesymetrické formující procesy. Podobné nesymetrie
navíc současné paradigma přírodních věd nepředpokládá a tak je
nikdo pokusně nehledá.
Nesymetrie procesů, podílejících se na vazebných
vlastnostech atomů v aminokyselinách a dalších biologicky
významných sloučeninách by mohly být příčinou zajištění
stabilního pracovního pozadí pro existenci a vývoj organizmů.
Mohly by se ukrývat v kvantově mechanických dějích, jejichž
výsledky by měly nepatrně „modulovanou“ pravděpodobnost. Tyto
procesy by za určitých podmínek měly vést ke vzniku života
samovolným sestavením prvotního autoreplikátoru. Jelikož se
jedná o procesy slabé (kdyby nebyly slabé, již bychom je při
pokusech zpozorovali), nelze od nich očekávat takovou
účinnost, aby přeměňovaly zrnka prachu na buňky.
63
Podmínky pro vznik života tak zůstávají i podle hypotézy
primární reality velmi úzké. Muselo by se jednat o takové
konfigurace látek, které pomocí slabých vazebných nesymetrií
mohou přecházet do stavu s vhodným uspořádáním, které umožní
rannou autoreplikaci. Požadavky na potřebné prostředí, ve
kterém může dojít k takovým dějům budou dost možná podobné
jako ty, ve kterých se dnes vznik života předpokládá. Z toho
vyplývá, že pokusy s chemickou evolucí by měly nakonec vést
k úspěchu, po vytvoření vhodných podmínek blízko rovnováhy
reakcí by se mohly nesymetrie projevit a navádět elementární
složky života do správných konfigurací.
Vznik ranných autoreplikátorů a následný vývoj života by
byl
logickým vyústěním těchto konfiguračních procesů. Pokud
by se na planetě zachovaly vhodné podmínky tak, aby
rozvíjející se život nebyl zničen, pokračoval by vývoj a při
povrchním pohledu by nebyl rozlišitelný od klasické představy
evoluce mutačně-selekční cestou. Mutačně-selekční procesy by
konečně v procesu hrály významnou roli. Vyhledávaly by
nejvhodnější nastavení parametrů vzhledem k prostředí a
vzhledem k ostatním organizmům. Téměř všechny závěry evoluční
biologie a ostatních věd by zůstaly v platnosti.
12. Vývoj taxonomických skupin živočichů
Pracovní pozadí stojící za stabilitou vznikajícího života
by mohlo být v principu dvou druhů. V prvním případě by celá
složitost nutná pro vývoj všech rozvinutých forem života byla
rovnou přítomná v prvotním autoreplikátoru. Taková představa
je dosti absurdní již vzhledem k tomu, že není možné
předpokládat příliš velkou složitost prvotních replikátorů.
V systémech skládajících se z desítek, stovek nebo tisíců
aminokyselin prostě není dostatek prostoru pro uložení všech
parametrů, nutných pro optimalizaci vlastností rozvinutých
64
mnohobuněčných organizmů. A prvotní autoreplikátor musel být
značně jednoduchý, ať již byl mechanizmus jeho vzniku
jakýkoliv. V tomto směru se předpověď teorie primární reality
shoduje s předpovědí klasické teorie. Na jednom místě prostě
nelze sestavit složitý systém typu buňka najednou a to ani za
předpokladu, že vazebné vlastnosti atomů jsou jemně ovládány
nesymetrií.
Prvotní replikátor byl tedy jednoduchý a postupně zvyšoval
svoji složitost (CSI). Stabilní pracovní pozadí se muselo
vyvíjet také. Mohlo se ale měnit po skocích, jak rostla
složitost organizmů, které se replikovaly.
Zde se lze vrátit ke srovnání se zdánlivě rovnou deskou
stolu. Jak složitost replikátoru roste, je to jako když stále
větší část stolu pokrýváme slabou vrstvou mouky – objevují se
další části dříve neviditelného textu. V okamžicích zvýšení
složitosti pracovního pozadí se vytváří i místo pro další
nastavitelné parametry, které ve svém důsledku umožní vývoj
složitějších organizmů.
Pracovní pozadí se mohlo měnit po skocích v souvislosti
s rychlostí stabilizace parametrů vývoje. Vždy po zvýšení
složitosti pracovního pozadí dochází k rychlé změně parametrů,
které zpočátku rychle nastavují procesem mutace-selekce
organizmus na dané prostředí. Pokud by pracovní pozadí
monitorovalo rychlost těchto změn, mohlo by na základě toho
identifikovat, na jaké úrovni přizpůsobení se již daný
organizmus nachází. Pokud by se parametry přestaly měnit, nebo
se měnily jen velmi pomalu, znamenalo by to, že organizmus je
na prostředí již dobře adaptován. To by mohl být impuls pro
pracovní pozadí ke skokovému zvýšení složitosti a přidání
dalších parametrů vývoje. Tyto nové parametry by se začaly
rychle měnit, jak by nyní již potenciálně složitější
organizmus znova hledal rovnováhu s okolím. V tomto okamžiku
by skončilo období stability druhu nebo taxonomické skupiny a
začala by rychlá (z pohledu zkamenělin téměř skoková) evoluce.
65
Popsaným mechanizmem lze vysvětlit pozorovaný charakter
evoluce s přerušovanou rovnováhou. Současně to znamená, že
vztahy mezi pracovním pozadím a vývojovými parametry nejsou
pasivní. Mohlo by to znamenat nutnost přehodnocení vztahu mezi
mutacemi genů a vývojem organizmů. Geny by v tomto pohledu
představovaly vývojové parametry, které většinou skutečně
jednosměrně ovlivňují organizmus. Cílené a záměrné mutace
způsobené činností pracovního pozadí však nelze vyloučit,
naopak jeví se jako dosti pravděpodobné.
Teorie primární reality ovšem současně říká, že pracovní
pozadí v sobě nese určitou informaci. Tato informace je do nám
známého světa přenášena slabou kvantově – mechanickou
„modulací“ atomových vazebných interakcí nebo nějakým jiným
způsobem. Informace (ve smyslu CSI) pocházejí z námi zatím
nepoznané části reality (přírody), části kterou zde nazývám
primární realitou. Dnes nelze říci, kde se tato primární
realita nachází. Další výzkumy ale mohou postupně řadu věcí
objasnit.
Důležité je uvědomit si, že nic ze současných znalostí nás
neopravňuje k názoru, že vše již bylo poznáno. Hloubka
poznatků o
přírodě je závislá na provedených experimentech a
na existujících teoriích. Teorie vznikají na základě poznatků
o okolním světě a vytvářejí testovatelné předpovědi. Ve fyzice
dnes existují oblasti, které nelze bezkonfliktně sloučit.
Rozdílné fyzikální teorie se dají aplikovat na svět velkých
rozměrů a rychlostí, rozdílné na mikrosvět. Domnívat se, že
fyzika již řekla svoje poslední slovo je zřejmě silně
předčasné. Proto nelze vyloučit řadu dalších překvapení a
k novým faktům je třeba přistupovat nepředpojatě. Kosmologie
popisuje vesmír, začínající velkým třeskem. V otázce, je-li
otevřený nebo uzavřený není zatím zcela jasno. Také na
charakteru temné hmoty ve vesmíru se kosmologové neshodnou.
Úplně jasno není ani v otázce absolutní stability přírodních
konstant v průběhu vývoje vesmíru. Neví se jistě, jestli se
66
gravitace na velkých vzdálenostech nemění v sílu odpudivou.
Neví se téměř nic o podstatě setrvačnosti těles. Kvantová
teorie má několik a navíc nejasných interpretací. A výčet
nejasností by mohl pokračovat. Každým rokem dochází ke vzniku
nových teorií nebo k upřesnění starších.
Zajímavým jevem je přitom to, že většina vědců usoudila,
že přes řadu nejasností v zásadě sledujeme celý existující
svět. Říká se tomu naturalizmus. Vede k přesvědčení že všechno
na světě je řetězec příčin a účinků. S tím se dá snad i
souhlasit, potíž je v tom, že dosti pravděpodobně jsme zatím
nepoznali celý svět, celou realitu. V této celé realitě
skutečně platí naturalizmus. Pokud ale některé složky systému
zatím nejsou známy, nelze vysvětlovat všechny pozorované jevy
pouze z té části systému, kterou již známe. Může to vést ke
značným omylům. Uvedu zde příklad z jiné oblasti – teorií
gravitace nelze vysvětlit elektromagnetizmus.
Pokud budeme uznávání pouze dosud poznaných složek světa
označovat jako naturalizmus, můžeme uznání všech složek světa
označit za supernaturalizmus. Zatím pozorujeme pouze některé
jevy, které jsou na úrovni globálních teorií typu kosmologie
nebo kvantová mechanika částečně popsány. Horší je to s jejich
vysvětlením. Podstata hmoty nám uniká a někteří soudí, že
tázat se po ní nemá smysl, že to není vědecké. Jiní hledají
univerzální teorii všeho, soubor rovnic, který by vysvětloval
pozorovanou realitu jako (nejlépe) jedinou možnou. I tito
hledači ovšem neví, jestli sama existence takových rovnic může
vynucovat i existenci hmotného světa. Tak se ptá například
význačný anglický teoretický fyzik Stephen Hawking ve své
knize Stručná historie času.
Fyzikální teorie tohoto typu jsou sofistikované a jejich
tvůrci evidentně velmi inteligentní. Ani oni však nemají jasno
ve zcela zásadních otázkách, které mohou být klíčové.
Následkem celkového klimatu se ve vědě zažilo paradigma, které
považuje podstatu všech zásadních jevů v přírodě za poznanou.
67
S tím souvisí i víra v mechanizmus evoluce, probíhající
metodou mutace-selekce na základě již poznaných fyzikálních a
chemických dějů.
S rozvojem nových vědeckých a technických oborů se člověk
postupně dostává do role konstruktéra složitých zařízení. Je
to zkušenost, kterou v době Darwina nikdo neměl. Zjištění,
učiněná při vývoji a konstrukci složitých zařízení odkrývají
řadu nových pohledů na svět. Především vychází najevo vysoká
komplikovanost procesů zpracování informace a řízení soustav.
Tuto zkušenost lidé získávají teprve v posledních desetiletích
a to pouze experti v některých oborech. Typický konstruktér se
ale nezabývá evoluční biologií. Lidé, pracující v jiných
oborech berou vysvětlení vzniku složitých organizmů pomocí
mutačně-selekčního modelu jako prokázaný fakt. Řada z nich se
nad problémem nikdy nezamyslela. Na existenci života je nic
neudivuje, připadá jim naprosto normální. Je to dáno
zkušeností z každodenního života. Lidé si zpravidla rozdělí
svět na svět živých tvorů, nad kterým nepřemýšlejí a na svět
svých vlastních problémů, za které jsou zodpovědní. Pro
technického pracovníka jsou to problémy z jeho oboru, tedy
z oblasti návrhu a konstrukce strojů a zařízení. Pokud se
takového člověka zeptáte, jestli by v jeho oboru mohlo něco
vzniknout metodou náhodných odchylek a následnou selekcí,
zcela jistě se vám vysměje. Budete-li jej přesvědčovat, aby to
zkusil, bude vás pokládat za blázna, se kterým není hodno
ztrácet čas. V případě vzniku a vývoje života však přijímá
uvedenou metodu bez výhrad, většinou proto, že o tom nikdy
nepřemýšlel a není za to zodpovědný.
Vzniká tak paradoxní situace. Jednotlivé obory již mají
dostatek informací, aby se daly mechanizmy vzniku života
posoudit z hlediska uskutečnitelnosti. Experti však mají
k sobě tak daleko, že mezioborová integrace znalostí téměř
neprobíhá. Svým životem si žijí evoluční biologové, obklopení
bohatstvím životních forem. Tím se pro ně stává život
68
samozřejmostí. Zbývá jim jen vysvětlit, proč má páv dlouhý
ocas a proč dochází k zajímavým mezidruhovým symbiózám.
Zkoumají, je-li předmětem selekce organizmus nebo jeho geny.
O přesné mechanizmy života a jeho vývoje se nemusejí
příliš zajímat. Ačkoli není detailně prozkoumán ani zárodečný
vývoj mnohobuněčných živočichů, vynášejí rozsáhlé soudy o
evoluci a o tom, že veškeré informace potřebné pro vývoj a
existenci organizmů se nalézají v genech. Evoluce a životní
cykly jim připadají samozřejmé a přirozené, protože se s nimi
při své práci stále setkávají.
Konstruktéři technických výtvorů naopak žijí ve světě, kde
nic není zadarmo. Jakákoli úprava nebo vylepšení existujícího
zařízení dá spoustu detailní práce, nic nesmí být opomenuto.
Již při vývoji vznikají na základě plánu hluboce propojené
části, které nemohou jedna bez druhé pracovat. Je extrémně
obtížné vymyslet řadu algoritmů například pro programy, které
mají analyzovat obraz z videokamery. Konstruktéři většinou o
principech života nepřemýšlejí, organizmy ale evidentně silně
překonávají složitostí vše, co bylo dosud lidmi navrženo a
realizováno. Pokud by se tím začal někdo vážně zabývat,
konstatuje, že obdobná složitost (CSI) leží zcela mimo dosah
současné techniky. I kdybychom však měli k simulaci životních
pochodů nekonečně výkonný počítač, nikdo by nevěděl, co by měl
vlastně dělat. Algoritmy například pro vědomí (pokud existují)
leží daleko za hranicemi současného poznání. Současným
poznáním myslím principy, postupy a technologie, které lze
dnes využít pro konstrukci strojů.
13. Principy živých organizmů
Klasická teorie říká, že všechny informace potřebné pro
provoz a vývoj organizmu jsou obsaženy v dvoušroubovici DNA.
V ní jsou uloženy pomocí čtyřpísmenného kódu nukleotidů
69
struktury proteinů, které organizmus potřebuje k vývoji a
životu. Pomocí poměrně složitých procesů v buňce se proteiny
podle návodu z DNA vyrábějí. Existuje jen jednosměrný přenos
informace z DNA na proteiny. Pokud se má organizmus změnit, je
odkázán na mutace v kódu DNA. Jejich výsledek je pak podpořen
nebo naopak zamítnut přirozeným výběrem. Pro přirozený výběr
ovšem neexistuje jiná kvalita organizmu než výkonnost
v množení. Vývoj nemusí postupovat přímo, organizmy jsou ve
vzájemné interakci s okolím i s jinými organizmy. Ve výsledku
však veškeré struktury, které organizmy obsahují, musely
vzniknout principem lepšího přežívání a množení.
Představa, že existuje jen jednosměrný tok informace z DNA
do proteinů byla vytvořena extrapolací výsledků pokusů s DNA a
proteiny v 60. a 70. letech. Tehdy se uvěřilo, že to je celá
pravda. Uvedený stav trvá s mírnými obměnami dodnes.
Pokud je veškerá informace o organizmu uložena skutečně
v DNA, neznamená to ještě, že jiné složky živých systémů
neexistují. Samotná DNA v sobě nese určité nenáhodné pořadí
znaků. Lze ji přečíst a výsledné pořadí uložit na nějaký nosič
dat, třeba jako soubor na harddisk počítače. Více informací,
než je obsaženo v takovém souboru v DNA neexistuje, je to
s konečnou platností vyčerpávající zápis.
Dnes se hodně nadějí upíná na výsledky projektů úplného
přečtení sekvence DNA jednotlivých organizmů, především
člověka. Určité vztahy mezi onemocněními a jejich genetickou
predispozicí jsou známy už dnes a přesná znalost sekvence
genomu situaci jistě zlepší. Otázkou je, jestli máme
v přečtené sekvenci lidského genomu hledat úplné vysvětlení
vlastností člověka.
Zárodečná buňka a obecně každá buňka v těle obsahuje nejen
chromozomy s DNA, ale i řadu dalších struktur. S DNA se musí
nějak manipulovat a „čtecí zařízení“ není součástí DNA, ale
leží mino ni. Samotná DNA nestačí, stejně jako nestačí program
70
na CD nebo na harddisku k vykonávání nějaké funkce. Je potřeba
ještě počítač, který je programem řízen. I v případě, že by
program řídil výrobní linku na nové počítače a pak se do nich
kopíroval (metafora autoreplikátoru), počítač prostě není
shodný s programem. Z tohoto hlediska existují i mimogenetické
předpoklady k vývoji a životu. A pokud existují, je otázka jak
jsou složité.
Fungování
buňky by mohlo vypadat i jinak, než si dnes
přijímaná teorie představuje. Mimogenetické složky buňky by
například mohly být velmi složité a tvořit pracovní pozadí,
v genech by mohly být uloženy vývojové parametry. Mezi
vývojové parametry patří mimo jiné struktury potřebných
proteinů. Nemusí to však být informace jediné. Produkce
určitých typů proteinů v určitých okamžicích zárodečného
vývoje může realizovat převod evolucí nalezené hodnoty
parametru do vývoje organizmu. Pokud přijmeme tento model, nic
se nezmění na výsledcích populační genetiky ani na
skutečnosti, že porucha v jediném genu může být pro organizmus
smrtelná. Ani kombinace úseků DNA u pohlavně se rozmnožujících
organizmů není v rozporu s tímto modelem. Představa pracovního
pozadí, které záměrně kombinuje geny rodičů s cílem zlepšit
nastavení parametrů vývoje není nelogická.
Pracovní pozadí by v takovém případě řídilo vývoj, přitom
by se již „vědělo“ k jaké taxonomické skupině vyvíjející se
živočich náleží. Rozdíly uvnitř skupin (například savců) by
mohly být definovány vývojovými parametry, tedy geny. Rozdíl
mezi dvěma podobnými druhy hlodavců by se dal elegantně
vyjádřit změnou pouhých několika parametrů. Ani rozdíly v celé
skupině savců by nemusely být příliš veliké.
Charakteristickým znakem příbuzných živočichů je relativní
podobnost genomu. Mezi člověkem a šimpanzem je míra genetické
podobnosti značná. Přitom existují značné rozdíly ve
schopnostech zmíněných druhů.
71
Richard Dawkins uvádí ve své knize Slepý hodinář
mechanizmus, který nazývá koláčovou analogií. Tvrdí, že
jednotlivé geny nejsou separátně odpovědné za jednotlivé
vlastnosti organizmu. Neexistuje tedy něco jako gen pro hnědé
vlasy. Vlastnosti celého genomu se při zárodečném vývoji
doplňují tak, že pouze souhrou celého genomu může vzniknout
mnohobuněčný živočich. Je to jako když pečeme koláč. Těsto
smísíme podle receptu a pak při správné teplotě pečeme správně
dlouho. Výsledkem je koláč, poloha rozinek v něm však nebyla
v receptu nějak podrobně určena. Nedá se říci, které části
receptu odpovídá jaká část koláče. Podobně prý pracují geny.
Jedná se o předpoklad vydávaný za pravdu. Ale i pokud
koláčová analogie skutečně platí, z jednoduchého receptu
vznikne jednoduchý koláč. V receptu bylo málo informace (CSI)
a v koláči je jí také málo. Nedá se očekávat, že aplikací
jednoduchého receptu vytvoříme například mikroprocesor. Pokud
by existoval „recept“ na mikroprocesor, musel by obsahovat
potřebné množství informace, aby bylo podle čeho jednotlivé
struktury procesoru vytvořit. Snad lze takový recept vytvořit.
Pokud se nám to povede, bude srovnatelně informačně obsažný
jako současné litografické masky a další podklady, které se
k výrobě používají. „Recept“ žádnou informaci neušetří, jen ji
může jinak vyjádřit. V živých organizmech je hodně informace a
celá tato informace (CSI) musí být uložena v zárodečné buňce
(u mnohobuněčného živočicha). Informačním obsahem musí být
oplodněná zárodečná buňka ekvivalentní celému dospělému
organizmu. Při vývoji totiž není kde další informaci brát.
Celá musí být přítomná od počátku.
Lidé se rodí s jednou výraznou odlišností proti zvířatům.
Je jí schopnost řeči a od ní odvozená schopnost abstraktního
myšlení. Ještě se nikdy nepodařilo naučit mluvit šimpanze,
ačkoli takové pokusy probíhaly. Každé dítě se naopak mluvit
naučí. Pomocí sledování dětí, vychovaných za nestandardních
podmínek bylo zjištěno, že izolované skupiny lidí si vytvářejí
72
vlastní nedokonalý jazyk, bez toho, aby někdy někoho slyšely
mluvit. Dokonce byly rozpoznány charakteristické znaky
takových jazyků, například sklon k používání dvojitého záporu
(jako má například čeština). Z toho lze usoudit, že schopnost
mluvit je lidem vrozená.
Nyní nastává paradox. Pokud je DNA šimpanze a člověka
velmi podobná, kde se berou informace pro vznik centra řeči
s jeho předpřipravenou řečovou logikou ? Shoda mezi genomem
člověka a šimpanze se uvádí na 98,6%. (Interpretace této
hodnoty je obtížná, šimpanz má mimo jiné odlišný počet
chromozomů než člověk, jsou tu i další problémy.)
Buď tedy stačí 1,4 % genetických rozdílů, nebo informace
pro vznik centra řeči nepocházejí z DNA. Myslet si, že se
„nějak objeví samy“ jako důsledek velikosti mozku je evidentní
nesmysl. Informace pro něco konkrétního buď jsou, nebo nejsou.
Tento paradox je ve skutečnosti širší. Oči a schopnost
vidět má řada živočichů, například i muška octomilka. Muška je
ihned po vylíhnutí schopná samostatného života, nic se nemusí
učit. Znamená to, že je plně „předprogramovaná“. Poslední
dobou byly objeveny HOX geny, zodpovědné za celkovou geometrii
těla, za vytváření tělních článků. Zajímavé je, že stejné HOX
geny používá moucha, myš i člověk. Tím se zárodečný vývoj
složitých organizmů zdánlivě vyjasňuje. Ale algoritmy
zpracování signálů ze smyslových orgánů, například očí jsou
velmi komplikované. Přitom již musí být v plné míře definovány
v zárodku mouchy. Jedná se o složitost skutečně vysokou. I pro
ni by se měla v genomu najít srovnatelně komplikovaná
struktura. Pokud v genomu skutečně je, nemůže se nikde ukrývat
v nějaké silně zjednodušené formě. Koláčová analogie nepomůže,
buď tam je, nebo ne. Pokud ne, jsou alespoň některé vlastnosti
organizmů podmíněny mimogeneticky.
Vraťme se nyní k lidem a jejich schopnosti mluvit. Je
velmi obtížné posoudit, jak mnoho informace může vyžadovat
73
„zakódování“ schopnosti řeči. V případě analýzy obrazového
signálu z očí bychom to snad ještě mohli nějak odhadnout,
v případě řeči nám chybí srovnání a nejspíše i vhodné pojmy.
Organizmus šimpanze je již velmi složitý, k složitosti člověka
mu asi nic nechybí. Alespoň ne po fyzické stránce. Pokud
bychom mohli nastavovat parametry jako „výška těla, množství
ochlupení, poloha palce na noze, několik parametrů pro tvar
lebky….“, mohli bychom šimpanze na člověka přeměnit. To by
odpovídalo téměř shodnému genomu s člověkem. Naprostá většina
parametrů je pro lidi i šimpanze stejná. Jedná se o struktury
proteinů (jsou téměř identické), biochemické cykly, savčí
stavbu těla….. Pouze jeden parametr nelze prostě jen změnit.
Je to schopnost řeči a skutečného myšlení. V nějaké silně
zjednodušené podobě se i tyto schopnosti u šimpanze objevují.
U lidí však dosahují jiných dimenzí. A konkrétní informace pro
tuto změnu musí v DNA (nebo někde jinde) prostě být.
Jsou v principu tři možnosti. Buď jsou tyto schopnosti již
předpřipraveny i u šimpanzů (pak ale v nějaké formě asi i u
všech savců), ale jsou záměrně zablokovány. Pracovní pozadí
může například detekovat míru rychlosti změn parametrů vývoje.
Pokud jsou již ustálené,
otevře možnost nastavení dalších
parametrů. Mezi ně může patřit zvětšení mozku současně
s novými parametry, nějak kódujícími algoritmy řeči. Informace
potřebné pro budoucí vznik centra řeči v mozku však již jsou
součástí pracovního pozadí. Nebo zmíněných 1,4 % odlišné DNA
kóduje schopnost řeči (a vlastně i samu řeč). Nebo schopnost
řeči a myšlení se sekvencí DNA nesouvisí (ani u lidí, ani u
šimpanzů). Tyto schopnosti by pak musely být v systému
přítomny mimogeneticky. Požadavky na množství dodané informace
se ovšem nemění, nezávisle na způsobu a místu jejího uložení.
Člověk a šimpanz mohou obsahovat stejné množství informace
pouze v případě, že je u šimpanze uměle zablokovaná. Nebo
určité informace neobsahují vůbec a ty jsou dodávány během
zárodečného vývoje z pracovního pozadí.
74
Všechny tyto krkolomné úvahy jsou nutné. Pokud by
organizmy byly mechanizmy, které mají všechnu informaci
v sobě, musí existovat nějaký nejhlubší popis systému. V tom
případě člověk musí obsahovat více informace než šimpanz. Jeho
nejhlubší popis musí být delší. Nebo by všichni jednodušší
savci, především primáti, museli být záměrně omezeným
člověkem, ve kterém jsou některé funkce vypnuty nebo silně
omezeny ačkoli informace pro ně jsou v zárodečné buňce
přítomny.
Dále se domnívám, že úvahy o absolutní velikosti mozku
jednotlivých živočichů jsou dosti nepodložené. Richard Dawkins
v knize Slepý hodinář uvádí, že ke každé velikosti těla
existuje jakási minimální velikost mozku, nutná k jeho řízení.
Z pohledu techniky (ale i všeobecné logiky) se mi to zdá hodně
neuvěřitelné. Počet ovládaných svalů i množství dat
přicházejících ze smyslů je u slona i myši velmi podobný.
Televizor s velkou i malou obrazovkou má stejně složitou
elektroniku. Pokud u velkého organizmu (nebo přístroje)
přibude něco vzhledem k malému, je to v dimenzi hmotnosti,
větších působících sil a požadovaných energetických výkonů.
Samotný výkon řídící logiky se vůbec nezmění, může být dokonce
nižší (velký organizmus se z důvodu vyšší hmotnosti pomaleji
pohybuje, delší nervy déle přenášejí vzruchy, řízení nemusí
být tak rychlé). Nervová zakončení ve svalech slona musí být
asi početnější, protože svaly jsou větší než u myši. Toho však
lze dosáhnout i pomocí paralelního rozvětvení malého nervového
svazku. Nároky na „výpočetní výkon“ motorické soustavy mozku
však kvůli tomu nejsou vyšší.
Pravý důvod velkých mozků u velkých zvířat bude asi jiný.
Zřejmě je velmi obtížné při zárodečném vývoji lebky slona
vytvořit v ní mozkovnu o objemu řádově 0,1 ml, jako má myš.
V obratlech o průměru přibližně 25 cm asi není možné vytvářet
kanál pro míchu o průměru 0,3 mm jako má myš. (Všechny výše
uvedené rozměry a objemy jsou pouze přibližné) Mechanické
75
problémy by byly obrovské. Nicméně z hlediska výkonu motorické
soustavy by takový mozek stačil. Rozhodně slon nepotřebuje
mozek větší než člověk kvůli řízení velkého těla.
Posouzení velikosti mozku vzhledem k inteligenci živočicha
proto nemusí být jednoduché.
Pokud tedy nelze přímo spojovat velikost mozku a
inteligenci, nabízí se otázka, do jaké míry lze spojovat
pokroky ve vývoji člověka s velikostí jeho mozku. Celkově lze
snad otázku uzavřít s tím, že podobné genomy šimpanze a
člověka spíše podporují teorii o existenci pracovního pozadí.
Nejnovější výsledky výzkumu lidského genomu uvádějí
celkový počet genů člověka na asi 30000. Navíc DNA obsahuje
další úseky (oproti genům je jich většina), které
nepředstavují geny. Některé z těchto úseků nesou několik
opakujících se znaků, a tudíž nemohou být nositeli žádné
informace. Funkce dalších úseků není známá, považují se za
nefunkční produkt evoluce, což nemusí být pravda. Je extrémně
obtížné posoudit, kolik genetické informace může být potřeba
pro „sestrojení“ člověka. Nalezených 30000 genů se však zdá
jako velmi nízké množství a to i v případě, že spolu mohou
produkty těchto genů složitě interagovat. Musíme si uvědomit,
že pokud by platily dnešní klasické představy o zárodečném
vývoji, veškeré informace o všech systémech těla by musely být
ukryty v těchto 30000 genech. V mnohobuněčném těle jsou
systémy na mnoha rozměrových škálách. Od fungování biochemie
jednotlivých buněk až k funkci mozku. Jak již bylo uvedeno, o
informační náročnosti některých funkcí mozku nyní máme hrubou
představu na základě srovnání se stroji. Jiné funkce (myšlení,
řeč) nedovedeme kvantifikovat z hlediska požadavků na
informace, nutné k jejich vytvoření. Dá se však očekávat, že
se nebude jednat o jednoduché procesy, očekávané množství
potřebných informací bude podstatně větší než u funkcí
„automatických“. I „automatické“ funkce (které má již i
moucha) by pomocí současných technologií používaných pro
76
výrobu strojů vedly k vysoké složitosti. Programy, řešící
podobné „automatizmy“ nedovede dnes nikdo sestavit, v každém
případě se jedná o mnohonásobek složitosti programů pro řízení
automatických sond na Marsu. Zdá se dosti nepravděpodobné, že
by na to mohlo stačit 30 000 genů, které navíc musí vytvořit i
všechny další struktury buněk, těla, řeči a rozumu. Možná, že
požadavek na tvorbu člověka pomocí 30 000 genů je podobný jako
požadavek vytvořit textový editor pro počítač typu PC pomocí 3
programových řádků.
Uvážíme-li naznačené problémy, měl by se názor, že všechna
informace nutná pro vývoj a život organizmů je v genech, ještě
prověřit. Dále by se měl provádět výzkum v oblasti
mimogenetické. V úvahu by se měla vzít možnost, že v genech
jsou pouze vývojové a provozní parametry, a že řídící logika
celého vývoje (zárodečného i evolučního) leží mimo geny.
Hypotetické mimogenetické pracovní pozadí mohlo být obrazem
průniku jiné části „primární reality“ do námi zatím poznané
části světa. Na uvedených myšlenkách není nic mystického. Před
objevením rádiových vln se mohla komunikace na dálku bez
viditelného spojení mohla zdát tajemná, snad i zázračná.
Spisovatelé sci-fi se nikdy před objevem rádiového spojení
neodvážili něco podobného zanést do svých románů. Vyžadovalo
by to prostě představu něčeho, o čem se nevědělo. Kalkulovat
s naprosto neznámým, pokud ani nevíme, že to existuje, si
nedovolí ani vědeckofantastičtí spisovatelé. Představa
primární, zatím nepoznané reality je věc velmi podobná. Jevy
ve světě, který jsme již poznali, však musí být vysvětlitelné.
Pokud jejich vysvětlení naráží na předpoklad neuvěřitelné
souhry okolností a leží z hlediska nám známých zákonů na
hranici představitelného nebo za ní, je čas pohled
přehodnotit. Věda nezkoumá filozofické pozadí, ale konkrétní
fungování a mechanizmy. Pokud některé jevy nejsou
vysvětlitelné, je nerozumné dovolávat se velmi hraničních
předpokladů, za kterých se jev ještě dá připustit podle
77
známých zákonitostí. Bylo by snad plodnější připustit, že se
můžeme mýlit.
To, že vznik a stabilita života nejsou pochopitelné
neznamená, že na vzniku života je cosi mystického. Počítačový
program z našeho příkladu v kapitole „Co je primární realita ?
“ také není schopen správně vysvětlit vznik sebe a počítače.
Tím, že se o to pokouší neobjevuje pravdu. Jeho primární
realita leží někde jinde, svět programátorů není soubor
náhodných procesů na rané Zemi. Zbývá pouze konstatování, že
primární realita dodává do námi poznané části světa informaci,
nutnou pro vývoj a stabilitu života. Život se s podporou této
informace rozvíjí částečně autonomně, na základě principu
mutace-selekce. Kde se informace v primární realitě bere ? To
nevíme. O mechanizmu jejího vzniku nevíme zatím nic. Může se
to ale časem změnit. Nechtějme uzavírat přírodní vědy do
hranic již poznaného. Čeká nás asi ještě hodně překvapivých
zjištění. Patentový úřad bychom ještě neměli pro jistotu
rušit. Že již bylo všechno objeveno, si nejsme jisti. Nechme
pracovat vědu a nechtějme mít snadné, ukončené a přehledné
řešení (současný neodarwinizmus) za každou cenu. Úvahy, které
můžeme dnes dělat, nebyly za Darwina možné. Dostáváme se do
role konstruktérů strojů srovnatelně složitých, jako jsou živé
systémy. Myslím, že žijeme ve vzrušující době. Nebrzděme
vědecké poznání nepodloženými předpoklady, vydávanými za
pravdu.
Teorie primární reality nevyžaduje téměř žádné korekce
v předpovědích současných teorií. Mutačně-selekční mechanizmus
evoluce zůstává z velké části zachován. Není však jedinou
příčinou evolučních pochodů. Teorie primární reality vytváří i
testovatelné předpovědi.
14. Předpovědi teorie primární reality
78
1.Jakýkoli mechanizmus, pracující na dnes poznaných
principech, by časem měl směřovat k rozkladu, maximálně
zůstávat stabilní. Pro zachování stability musí být
v mechanizmu implementovány speciální ochranné prostředky.
Systematické dlouhodobé zlepšování by nemělo být možné.
2.Nemělo by být možné prakticky využít metodu „náhodná
změna-umělá nebo přirozená selekce“ pro dlouhodobé
zlepšování vlastností v systémech, které prokazatelně
pracují na principech mechanizmu
3.Život by měl za určitých podmínek samovolně vznikat
navzdory teorii pravděpodobnosti
4.Mimogenetické jevy v organizmech by měly být velmi
podstatné, měly by pokrývat větší část složitosti
fungování organizmu
5.Geny by měly představovat stabilizované parametry
vývoje, jejich podíl na celkové složitosti organizmů by
neměl být dominantní
K předpovědi číslo 1.
Pro definitivní potvrzení této předpovědi by bylo potřeba
vypracovat matematické postupy modelování složitých systémů.
Do těchto modelů pak zanést struktury reálných systémů, nebo
alespoň jejich aproximace. Vyčíslit pravděpodobnosti
negativních a pozitivních mutací. Vyčíslit selektivitu
přírodního (nebo i umělého) výběru, za rozumných předpokladů.
V takto modelovaném systému pak nechat „matematicky evolvovat“
složitou strukturu. Pokud jsou závěry teorie primární reality
správné, měl by se v systému projevit úpadek, namísto vzrůstu
složitosti. Ideální by bylo, pokud by byla nalezena obecná
matematická formulace, která by pro složité systémy jiné
chování nepřipouštěla.
79
K předpovědi číslo 2.
Uvedená předpověď vysvětluje, proč není možné pomocí mutačněselekčního postupu například systematicky vyvíjet programy.
Povšimněme si toho, že jednotlivé náhodné zlepšení teorie
umožňuje. Jelikož ale zapovídá trvalý postup vpřed, je to
chování srovnatelné s výhrou v loterii. Jeden náhodný úspěch
nemůže převážit nad velkým počtem zhoršení. I toto tvrzení by
bylo ideální dokázat čistě matematicky. Výzkumy v oblasti
evoluce by tedy mohlo být účelné vést na matematickém základě,
který by mohl definitivně strhnout roušku pochyb, panujících
nad standardním evolučním modelem tím, že by jej nepotvrdil.
K předpovědi číslo 3.
Pokud je teorie primární reality správným modelem skutečnosti,
dal by se předpokládat samovolný vznik života z neživých
látek, navzdory matematickým a fyzikálním modelům. Tento vznik
by pak byl zákonitý, alespoň za určitých podmínek. Proto by po
nalezení těchto podmínek měl život sám vznikat i v laboratoři.
Současně by to znamenalo, že život ve vesmíru není úplně
ojedinělý. Pokud je jeho vznik zákonitý, nemusíme se již
odvolávat na fantasticky malé pravděpodobnosti
spontánního
vzniku.
K předpovědi číslo 4.
Mimogenetické jevy by měly v organizmech zajišťovat pracovní
pozadí. Proteiny cytoplazmy a ostatní dnes nepříliš hluboce
prozkoumané struktury buněk by měly být pravým důvodem
složitosti života. Třírozměrné provázané struktury proteinů by
řídily fungování buněk. Některé jejich funkce by byly čistě
automatické, podobně jako ve složitých mechanizmech. Část
těchto velmi komplikovaných struktur by nefungovala zcela
mechanicky, ale vzhledem ke své konfiguraci by byla jakousi
80
bránou průniku primární reality do fungování buněk. Slabé
nesymetrie vazebných vlastností atomů v molekulách („řízené“
z primární reality) by pak byly pravým důvodem stability
života i jeho rozvoje k novým formám.
K předpovědi číslo 5.
DNA a geny mají v tomto modelu omezenější roli než v klasické
teorii. Stávají se nositeli vývojových parametrů, které se
optimalizují pomocí mutačně-selekčního principu. Ve výsledku
pak představují jakýsi rezervoár informací („harddisk“) pro
hlubší buněčné procesy, předpovídané v minulém bodě. Úplné
poznání genomu organizmu by sice organizmus do značné míry
definovalo, nebyly by to však postačující informace pro jeho
stavbu. Záznam v genech by pouze informoval pracovní pozadí o
tom, co se má dělat. DNA představuje text a ten musí být
napřed nějak interpretován, nemá význam sám o sobě. Pouze
interakcí pracovního pozadí s textem v DNA může dojít
k vytvoření konkrétního organizmu. V počítačové metafoře lze
situaci přirovnat k programu pro určitý operační systém.
V jiném operačním systému program nepoběží, je to jen sekvence
nic neříkajících znaků.
81
15. Jiné teorie vzniku a vývoje života
Principiálně existují pouze tři vysvětlení vzniku a vývoje
života na Zemi, které jsou slučitelné s pozorováním. Pokud
přijmeme fakt evoluce, tedy to, že k postupnému vývoji a růstu
složitosti organizmů skutečně a dokazatelně došlo, můžeme
z možných vysvětlení vyřadit speciální stvoření druhů
v nějakém konkrétním časovém bodě v minulosti. Ze zbývajících
mechanizmů se nabízí klasická mutačně-selekční teorie
(neodarwinizmus), teorie primární reality („asistovaná“
mutačně-selekční teorie) a teorie předprogramování. Tato
poslední možnost předpokládá, že na ranou Zemi byly dopraveny
(přirozeným způsobem nebo uměle) prvotní buňky, které se staly
základem života a postupně se vyvinuly ve všechny známé
organizmy.
Předprogramování může mít dvě formy. Jednou je pouhá
jednoduchá buňka, která v sobě nemá žádné informace o dalším
vývoji, který by pak musel probíhat klasickým mutačněselekčním způsobem. Takový scénář je v rozporu s teorií
pravděpodobnosti náhodných mutací ve složitých systémech,
protože další vývoj by byl omezen na tvořivou sílu přírodního
výběru. Ta však podle naší analýzy nemůže být sama o sobě
dostatečná.
Druhou formou možného předprogramování může být
předpoklad, že informace pro vytvoření všech systémů, které se
teprve začnou využívat, leží v buňce a v počátečních
vývojových stadiích a nejsou aktivní. V takovém případě by
buňka sama rozhodovala o zapojení těchto systémů do provozu,
podle dosažené úrovně vývoje. Na určitém vývojovém stupni by
tedy došlo k aktivaci nových vlastností a schopností. To by
vysvětlovalo vznik takových vývojových pokroků, jako je
mnohobuněčnost nebo vznik vyšších taxonomických skupin.
82
Jinými slovy to znamená, že celé pracovní pozadí by bylo
od počátku přítomné již i v jednoduchých organizmech. Postupný
vývoj by byl založen na kombinaci mutačně-selekčního principu
a stabilního pracovního pozadí. V tomto pracovním pozadí by
musely být uloženy všechny koncepční informace o budoucích
organizmech, včetně takových vlastností, jako je analýza
obrazového signálu nebo schopnost řeči a myšlení. Pro podporu
takové teorie by bylo potřeba prozkoumat, jak by podobné
informace mohly být v buňce uloženy. Vzhledem k tomu, že
zaručit dlouhodobou stabilitu informací tak, aby při miliardy
let trvajícím vývoji nebyla znehodnocena, je velmi obtížné,
jeví se tato teorie jako dosti nevěrohodná. Navíc by prvotní
buňka musela přicházet z našeho známého vesmíru, tedy
z podobných podmínek, jako jsou u nás na Zemi. K vytvoření
buňky by na jiných kosmických tělesech nebylo k dispozici
řádově více času než na Zemi. Jako mechanizmus vzniku této
buňky se navíc nabízí pouze mutačně-selekční metoda, která
není dosti účinná.
Teorie předprogramování je tedy kandidát na možné
vysvětlení, její věrohodnost však není příliš vysoká. I pokud
bychom se nestarali o to, kde se předprogramovaná buňka vzala,
bylo by velmi obtížné zajistit správnou, bezchybnou činnost
pracovního pozadí po miliardy let. Z toho důvodu se tato
teorie potýká s podobnými problémy stability organizmů jako
klasický neodarwinizmus.
16. Teorie primární reality kontra neodarwinizmus
Po vyloučení teorie předprogramování vycházejí jako dva
zbylí kandidáti na možný mechanizmus vzniku a vývoje života
klasická mutačně-selekční teorie a teorie primární reality.
Tyto dvě teorie nejsou v protikladu. Teorie primární reality
je jen rozšířením klasické teorie. Rozšíření umožňuje
83
vysvětlit ty části klasické teorie, které podle všech dnes
známých principů vzdorují vysvětlení, nebo jsou vysvětlitelné
pouze za předpokladu nereálně nízkých pravděpodobností. Pokud
předpokládáme pouze dosud známé mechanizmy, které připouští
klasická teorie, dostáváme se do problémů téměř ve všech
stádiích vývoje života. Při jeho vzniku musíme přijmout velmi
nepravděpodobný fakt vzniku prvotního autoreplikátoru. Jeho
vznik pokládá řada vědců za prakticky nemožný. Musíme zde tedy
postulovat velmi nepravděpodobnou jednorázovou událost. Pokud
by tím všechny problémy končily, dala by se klasická teorie
ještě akceptovat.
Následný vývoj života je však také značně problematický.
Organizmy se skládají na všech rozměrových a vývojových
stupních ze složitě provázaných součástí. Přímý vývoj tak, aby
každá změna mohla představovat zlepšení z hlediska schopnosti
rozmnožování, je prakticky nemožný. Musíme se zde uchylovat
k předpokladům nepřímého vývoje, kde určité části organizmů
sloužily původně jiným účelům. Postupným vývojem zmizely. Tím
zůstaly v provozu takové kombinace částí, které samy o sobě
nemohly vzniknout postupným vývojem. Richard Dawkins uvádí na
podporu tohoto tvrzení příklad klenby, která musí být při
stavbě podpírána pomocnou konstrukcí, jinak by se neudržela.
Po vložení posledního prvku však klenba drží sama, protože
síly se rozkládají takovým způsobem, který nemohl vzniknout
postupným vývojem. Odebrání jediného stavebního prvku způsobí
zhroucení celé klenby, pokud původní podpůrná konstrukce již
není k dispozici.
84
Pokud se budeme odvolávat na podobné postupy, můžeme zdánlivě
vysvětlit vývoj veškeré pozorované složitosti organizmů. Ve
skutečnosti je to jen iluze, protože pravděpodobnosti
opakovaného vzniku mnoha různých částí, od biochemických drah
přes orgány mnohobuněčných živočichů až po vznik rozumu se
spolu násobí. Ačkoli pravděpodobnost nepřímého vzniku nějaké
součásti organizmu nelze snadno vyčíslit, jedná se o velký
problém.
------------------------------------------------------Pod čarou: Pro ilustraci si udělejme malý příklad. Řekněme, že
by taková pravděpodobnost (v době, která byla k dispozici)
byla pro jeden systém například 1:10 (a to je zřejmě velmi
optimistický odhad). Předpokládejme dále, že složitý
organizmus, například savec, obsahuje takových systémů 30000.
I to je asi poměrně podhodnocený a tedy optimistický odhad.
Odhadovaný počet 30000 řádově vychází ze známého množství genů
u člověka, které je podle posledních analýz přečteného genomu
právě asi 30000. Celkovou pravděpodobnost vzniku celé kaskády
30000 systémů dostaneme vynásobením pravděpodobností vzniku
jednotlivých systémů. Budeme tedy násobit pravděpodobnost 1:10
a to 30000x. Výsledkem je pravděpodobnost 1:1030000 (to znamená
jedničku a za ní 30000 nul, číslo vskutku velké)
V celém
vesmíru je přitom ani ne 1099 (jednička a za ní 99 nul)
elementárních částic. Vypočtená pravděpodobnost vývoje života
je tedy velmi nízká. Uvedené odhady byly učiněny se uvážením
tvůrčí síly přírodního výběru. Z toho vychází optimistický
předpoklad vzniku jednoho systému na úrovni pravděpodobnosti
1:10. Systémy jsou tedy vytvářeny silou mutací a výběru.
Současně byl vypuštěn argument, že ve složitém systému většina
změn vede k degradaci, tedy klíčový argument teorie primární
reality. Toto zjednodušení vede k výrazně příznivější hodnotě
pravděpodobnosti postupného vývoje života. Dále nebyla
započítána pravděpodobnost samovolného vzniku prvotního
autoreplikátoru.
85
------------------------------------------------------Pokud se tedy vezmou v úvahu všechny dnes známé
skutečnosti, nelze klasickou teorii považovat za důvěryhodného
kandidáta na úplné vysvětlení vzniku a následného vývoje
života. Současně je třeba připustit, že ani sebemenší
odhadnuté pravděpodobnosti nemohou klasický scénář zcela
vyloučit. Jde jen o to, jak nepravděpodobné souhry okolností
budeme ještě brát jako přijatelné. Hodnota pravděpodobnosti
1:1030000 z našeho příkladu pod čarou však není akceptovatelná.
Protože již vstupní odhady, pomocí kterých se snažíme
vypočítat pravděpodobnost jsou plné nejasností a nepřesností,
odmítají někteří vědci výsledky teorie pravděpodobnosti.
Uvádějí, že pokud nejsou známa všechna fakta, která byla ve
hře, mohou se výpočty pravděpodobnosti drasticky mýlit. S tím
lze jen souhlasit a je to další a naprosto nezávislý argument
pro to, že ne vše je zatím známo.
Charakter toho co vlastně není známo je obtížné určit.
Z pohledu složitých systémů a pravděpodobností náhodných
pozitivních změn se zdá teorie primární reality přiměřená.
Teorie primární reality rozděluje evolvující systém na dvě
části. Jedna z nich musí být stabilní, je to pracovní pozadí,
druhá naopak podléhá náhodným změnám (mutacím). Celek se pak
chová podobně, jak to předpokládá klasická mutačně-selekční
teorie. Zatím neznámou částí evolvujících systémů je tedy
pracovní pozadí. Pomocí něj se klasický mechanizmus evoluce
převádí na „asistovanou“ evoluci, tedy na stav, kdy mutačněselekční metoda funguje dlouhodobě stabilně pomocí podpory
pracovního pozadí.
Můžeme vytvořit jednoduchý model na základě symbolické
rovnice:
86
Es = k*Pp + (1-k)*Mc
Kde: Es je evolvující systém, Pp je pracovní pozadí a Mc
náhodně proměnná (mutující) část systému
k je zde koeficient vlivu pracovního pozadí na systém,
spodní mez pro jeho hodnotu je 0, horní mez je 1
Koeficient vlivu pracovního pozadí je zde klíčovou
konstantou. Pokud položíme k = 0, přechází rovnice do tvaru:
Es = 0*Pp + (1-0)*Mc
a tedy:
Es = Mc
V tomto případě se jedná o systém dle klasické mutačněselekční teorie, neboť systém je celý tvořen pouze náhodně
proměnnou (mutující) částí.
Pokud položíme k do rozsahu 0<k<1, jedná se o teorii primární
reality, vyjádřenou již dříve uvedeným vztahem:
Es = k*Pp + (1-k)*Mc
Velikost k má vliv na to, jak velká část systému je stabilní a
jak velká je proměnná část. Teorie primární reality
předpokládá většinu složitosti ve stabilní části (v pracovním
pozadí) a k tedy blízké 1. Proměnná část slouží pouze jako
„zásobník“ vývojových parametrů pro stabilní část. Pracovní
pozadí vzniká a je stabilizováno vlivem primární reality.
87
Konečně pokud položíme k = 1, přejde rovnice do tvaru:
Es = 1*Pp + (1-1)*Mc
a tedy:
Es = Pp
V tomto případě se jedná o hypotetický plně řízený systém, ve
kterém není místo pro náhodné změny. Takový systém by mohl
evolvovat pouze na základě změn v pracovním pozadí, které by
bylo jedinou součástí systému. Vše co by se v evoluci stalo,
by muselo být zcela determinováno změnami pracovního pozadí.
Takový stav však není slučitelný s pozorovanými skutečnostmi.
Nebylo by možno rozumně vysvětlit adaptace organizmů na
prostředí a na jiné organizmy, například složité symbiózy.
Grafické znázornění uvedených případů je na obrázku 2.
88
Obr 2.
Klasická mutačně-selekční teorie je tedy limitním případem
teorie primární reality pro k = 0. Pro nenulové hodnoty
k vstupuje do hry pracovní pozadí a vývojové mechanizmy se
liší od čistě mutačně-selekčních. V těchto oblastech
nenulového k se nachází programy pro demonstraci evoluce na
počítači. V tomto případě je pracovní pozadí známé, jedná se o
operační systém a o vlastní program s výjimkou jeho částí,
které mohou záměrně podléhat náhodným změnám. Dalším limitním
případem je systém kde k = 1. Tento systém je plně určen
pracovním pozadím. Možnosti evoluce takových systémů jsou
nulové. Pokud by k evoluci přesto docházelo, byla by
vyvolávána pouze změnami v pracovním pozadí a byla by jimi
determinována. To je však v konfliktu s pozorovanými fakty.
Společenství organizmů evidentně procházejí evolucí jako
celek, organizmy se přizpůsobují okolí a současně jiným
organizmům. Výsledkem je biosféra, ve které existuje mnoho
složitých a často i těžko rozpoznatelných vazeb, například
parazitizmus nebo symbiózy. To všechno jsou faktické důkazy,
že evoluce nemůže být dokonale řízená běhovým pozadím a že
vyvíjejícím se organizmům je nutno přiznat značnou dávku
vývojové autonomie.
89
17. Závěr: Co z toho plyne ?
V předcházejících kapitolách jsme shrnuli podstatná fakta
tak, jak se jeví z pohledu dnes dosaženého poznání. Zjistili
jsme, že v předpovědích různých teorií jsou značné rozpory. Na
jednu stranu je zde snaha držet se vysvětlení vycházejících
pouze z dnes zjištěných skutečností. Pokud byl vesmír započat
velkým třeskem přes který se nemohla dostat (nebo ze kterého
nemohla vzejít) žádná informace a pokud dnes sledujeme na Zemi
život, pak se musel vyvinout. Vyvinout se musel z hmoty, která
má vlastnosti poznané vědou, především fyzikou a chemií. Vývoj
života je faktem o kterém nelze diskutovat. Současně i
základní parametry standardního modelu vesmíru, například
stáří vesmíru, jsou zřejmě správné. Otázkou tak zůstává jen
mechanizmus vývoje. Protože v současné koncepci vědy není
místo pro jiné mechanizmy, musel zafungovat mutačně-selekční
model. Po víceméně náhodném vzniku prvotního autoreplikátoru
se život již dále vyvíjel přírodním výběrem. Klasického modelu
se drží především biologové a evoluční biologové, pro které je
zkoumání života jejich prací. Život, který zkoumají, nemuseli
napřed vytvořit a jeho vznik tak považují za vcelku
samozřejmý. Odtud plyne jejich víra ve správnost klasické
teorie jako jediného mechanizmu vzniku a vývoje života.
Objevují se však i kritici navrženého vývojového modelu.
Pokud vynecháme fundamentalisty, jedná se o vědce, kteří fakt
evoluce respektují, nesouhlasí však s jejím mechanizmem. Do
této skupiny se řadí především ti, kteří se pokusili podložit
navrhovaný model teoreticky nebo experimentálně. Všechny
pokusy o modelování mutačně-selekčního procesu selhávají na
konkrétních potížích s pravděpodobností jednotlivých změn a se
selektivitou přírodního výběru, kterou lze rozumně
předpokládat. Do cesty se staví i obtížný vznik provázaných
systémů postupným vývojem, kdy každý krok musí být pro
organizmus pozitivní v boji o přežití a reprodukci.
90
Pokusy o experimentální vytvoření prvotního
autoreplikátoru také selhávají. Teoretické výpočty možnost
jeho samovolného vzniku téměř zapovídají. Celkově se zdá, že
čím více se někdo věnuje úvahám nebo pokusům v oblasti vzniku
a vývoje života, na tím větší překážky naráží. Jak věda
postupuje dál, objevuje se více argumentů proti než pro
samovolný vznik a vývoj života. Současně vychází najevo vysoká
komplikovanost fungování života. Na základě historické
paralely lze soudit, že složitost (CSI) života je stále silně
podhodnocena. O tomtéž nás přesvědčují výsledky technických
věd a technologický pokrok. Ve středověku bylo snadné si
myslet, že se mouchy vytváří samy ze zkaženého masa, protože
se vůbec netušilo, co to moucha je. Dnešní technika vytvořila
stroje složitostí srovnatelné s živými organizmy. Po tom, co
lidé vytvořili průzkumná vozidla pro zkoumání povrchu Marsu,
vychází najevo, že moucha je ještě podstatně složitější. O
kolik složitější, to dnes nelze odhadnout. Že by se i jen
vozidlo pro průzkum Marsu mohlo samovolně vytvořit ze
zkaženého masa si ale nemyslí nikdo. Člověk pochopil, že pokud
jsou schopnosti nějakého systému měřítkem jeho vnitřní
složitosti, musí být složitost mouchy obrovská. Takový systém
se ale nemůže vytvořit sám, ze zkaženého masa. Je vidět, že
pokrok techniky pootevřel lidem oči.
Nikdo dnes netvrdí, že se mouchy samy vytvářejí, evoluce
ve směru postupného růstu složitosti evidentně proběhla.
Navrhovaný mechanizmus se však zdá být nedostatečný. Mutačněselekční metoda nemůže vést sama o sobě ke vzniku složitých
soustav. Jakýmsi minimálním dodatečným požadavkem jsou
příznivé vlastnosti hmoty a fyzikální zákony, které takový
vývoj připouštějí. Pokud by například mohly ve vesmíru
existovat jen atomy vodíku, život v dnešní podobě by nemohl
vzniknout.
Analýza chování náhodně pozměňovaných složitých soustav
nás vede k názoru, že mimo požadavku příznivých vlastností
91
hmoty musí existovat další formující princip. Samotný mutačněselekční model nedovede vysvětlit vznik a vývoj života, aniž
bychom se museli dovolávat neskutečně malých pravděpodobností.
Dokonce ani pouhá stabilita života nemůže být uspokojujícím
způsobem vysvětlena. Všechny existující modely, které se
pokoušejí modelovat pravděpodobnost vzniku a vývoje života
dávají pravděpodobnost často nižší než je 1:N, kde N je počet
všech elementárních částic ve známém vesmíru. Někteří kritici
vytýkají modelům nesprávnou metodologii. Tvrdí, že modely
nepočítají s kumulativní selekcí pozitivních změn.
Kumulativnost změn však problém spíše zvětšuje, protože
pravděpodobnost náhodné negativní změny je ve složitém systému
vždy vyšší než pravděpodobnost náhodné pozitivní změny.
Protože přírodní výběr nemůže být silně selektivní, nelze
systém udržet ani ve stabilním stavu. I přes možnost určitého
zlepšení přírodním výběrem časem převládnou degenerativní
procesy. Aby tomu tak nebylo, nesměly by být změny systému
náhodné. Možnost cílených a lokalizovaných nenáhodných změn
však klasický mutačně-selekční model nepřipouští.
Z toho důvodu se zdá velmi pravděpodobná existence dalšího
dosud nepoznaného formujícího principu. Neznamená to, že
takový princip nebude časem poznán. Není na tom nic mystického
ani odporujícího naturalizmu. Diskutovaná teorie primární
reality může být jedním z možných vysvětlení. Připouští
existenci dosud neznámých vlastností hmoty. Možnost, že jsme
zatím prozkoumali jen část skutečně existujícího není
nelogická. K vývoji ve vědě stále dochází, nové teorie často
nemají jednoznačné interpretace. Pokud je teorie primární
reality správná, měla by vyvolávat zjistitelné jevy ve světě,
který známe. Předpokládaná intenzita takových jevů je velmi
malá. Kdyby nebyla, již by byly objeveny. Lidé konstruují
stroje bez využití těchto jevů, kterých si zatím ani nevšimli.
Proto se stroje chovají jinak než živé organizmy, ponechány
samy sobě jsou odsouzeny k postupné degradaci vlastností a to
92
i v případě, že se budou samy replikovat. Pouze člověk
použitím naplánovaných změn je schopen zlepšovat a vyvíjet
stroje.
Kde se nachází dosud nepoznaná část reality dnes nevíme.
Mohla by se nacházet například v subatomárních rozměrech.
Kvantová mechanika by mohla být výsledkem působení dosud
nepoznaných principů v hypotetickém submikrosvětě. Informace
z ní do nám známého světa mohou vstupovat například pomocí
mírných nesymetrií vazebných vlastností atomů, „modulováním“
kvantově-mechanických pravděpodobností. Nesymetrie by se
projevovaly pouze za určitých podmínek, kdy by jejich velmi
slabá intenzita stačila na vytváření struktur, například
pořadí aminokyselin.
Další možností jsou dimenze prostoru a času. Moderní
strunové teorie předpokládají vetší počet prostorových rozměrů
než tři. Hypoteticky by mohl existovat průnik informací i
z jiných rozměrů našeho časoprostoru. Všechny tyto úvahy jsou
jen ukázkou možného. Jak to ve skutečnosti je, ukáže až další
výzkum. V žádném případě bychom se však neměli uzavírat
v představě, že vše již bylo objeveno. V minulosti již padly
návrhy na zrušení patentového úřadu, protože vše podstatné
bylo objeveno. Nedělejme podobnou chybu. Výzkum života může
přinést lidem řadu pozitivních objevů, použitelných pro léčení
nemocí nebo pro konstrukci nových, dokonalejších strojů.
Nejhorší co se dá dělat, je zabarikádovat se na pozicích
nepružného neodarwinizmu nebo kreacionizmu. Věda by měla brát
v potaz všechny možnosti. Vyloučením určitých možností ve
jménu toho že „všechno podstatné již bylo objeveno“ nás nemůže
posunout vpřed. Naopak, vyvolává to stav, ve kterém se nové
otázky nekladou a nové jevy nepředpokládají, proto se ani
nehledají. Začátek dvacátého prvního století není doufejme
posledním obdobím existence lidstva na Zemi. Nedopusťme, aby
se na naši dobu vzdálení potomci dívali jako na středověk.
93
18. Vysvětlení některých pojmů
Mechanizmus – stroj, zařízení, organizmus nebo jejich část,
pracující na základě poznaných a popsaných dějů a principů,
včetně uvážení všech možností samoorganizace, náhodného
vzrůstu organizovanosti, kvantově-mechanické neurčitosti a
dalších dnes známých dějů. Pojem „mechanizmus“ nepokrývá pouze
děje „mechanické“ povahy ale například i interakce polí, které
se řídí dnes poznanými zákonitostmi.
CSI – specifická složitost - v textu se používají slova jako
"složitost" nebo "informace". Pojmy bych rád upřesnil.
Informace v obvykle míněném Shannonově smyslu souvisí s
nepravděpodobností uspořádání nějaké struktury nebo systému.
Méně pravděpodobné, složitější systémy obsahují v tomto smyslu
více informace.
Molekulární biologové počínaje Francisem Crickem
nevyjadřují informaci pouze v pojmech složitosti ale i
specifičnosti. Specifičnost je "nezbytná pro funkci" systému
(Crick 1958, Sakar 1996). Dembski (2002) použil termín
"komplexní specifická informace", anglicky “complex specified
information”, ve zkratce (CSI) jako synonymum specifické
složitosti a tím odlišil biologickou informaci nezbytnou pro
funkci od Shannonovy informace.
Pracovní pozadí – mechanizmus, umožňující stabilní mutačněselekční vývoj. Sám tvoří jednu část ve vyvíjejícím se
systému. Mutace se v něm neprojevují.
94
Autoreplikátor – zařízení nebo organizmus, který se cyklicky
obnovuje, kopíruje. Při každém kopírování může dojít k mírné
změně (mutaci) oproti originálu.
Mimogenetický jev – negenetický jev, proces, který nemá přímý
důvod v genetické výbavě organizmu, a obecněji ani v
sekvencích DNA nebo RNA.
Nesymetrie vazebných vlastností – jev, kdy se vazby mezi atomy
sloučenin (například při řetězení aminokyselin a vzniku
proteinů) vytvářejí s mírně odlišnou pravděpodobností,
přestože molekulární kontext vazeb je stejný. Podstatou jevu
může být nepoznaná vlastnost kvantově-mechanických procesů,
kdy mírné preference vazebných vlastností umožňují vznik
nenáhodných posloupností například aminokyselin. Může být
způsoben i jakýmikoli jinými, dnes nepoznanými příčinami. Tím
proniká do buněčných procesů informace z primární reality a
udržuje stabilní pracovní prostředí buňky. Jev nebyl zatím
pozorován, předpokládá jej teorie primární reality.
19. Literatura
Dawkins, R., Slepý hodinář, Paseka, Praha 2002
Charles B. Thaxton, Walter L. Bradley, Roger L. Olsen ;
Tajemství vzniku života : kritická analýza současných teorií
Praha : Návrat domů, 2003
A. Markoš: Povstávání živého tvaru, Praha:
Vesmír 1997
A. Markoš: Tajemství hladiny, Vesmír, Praha, 2000
Behe, Michael J.: Darwinova černá skříňka, Praha, Návrat domů
2001
95
Jan Zrzavý, David Storch, Stanislav Mihulka: Jak se dělá
evoluce, Paseka 2004
S. Hawking: Stručná historie času, Mladá fronta (edice
Kolumbus), Praha 1991
Philip E Johnson: Spor o Darwina, Návrat domů, Praha 1996
Steven Weinberg: První tři minuty, Mladá fronta, Kolumbus,
1983
Kovář, Ladislav: Nevyřešené otazníky evoluce, Olomouc :
Rubico, 2003
Vejražka, F.: Signály a soustavy, Praha, Vydavatelství ČVUT
2001
Barrow, John D.: Konstanty přírody, Praha, Paseka 2005
Lamarck, J.B.: Philosophie zoologique, Paris, Flammarion 1994
(přeložila Kateřina Gajdošová, s poznámkami A. Markoše)
Kaufmann, S.: Čtvrtý zákon, Praha, Paseka 2004
Meyer, Stephen C.: The Origin of Biological Information and
the Higher Taxonomic Categories, Proceedings of the
Bilological Society in Washington, November 30, 2005
96