Gull rush med Discovery poeng utover blind evolusjonær prosess - til fremsyn
Marcos Eberlin; 1. mai 2019
Oversatt herfra.

Redaktørens notat: Marcos Eberlin er medlem av det brasilianske akademiet for vitenskap, vinner av den prestisjetunge Thomson-medaljen (2016), og tidligere president for det internasjonale massespektrometri-foreningen. Eberlin har utgitt nær 1000 vitenskapelige artikler og er forfatter av den nye boken, Foresight: How the Chemistry of Life Reveals Planning and Purpose -her, hvorfra dette essayet ble tilpasset.

Biologi er midt i et gullrush av funn.
I min tidligere akademiske institusjon, Universitetet i Campinas i Sao Paulo, Brasil, drev jeg i tjuefem år Thomson Mass Spectrometry Laboratory, hvor teamet mitt og jeg dykket ned i mange områder innen kjemi, biokjemi og medisinsk vitenskap som frem til nylig fortsatt var for nye til å ha navn - alt fra proteomics, lipidomics og massespektrometri-bildebehandling til petroleomik og bakterie-'fingeravtrykk'.
Min forskning, sammen med min rolle som president for det brasilianske massespektrometri-foreningen og International Mass Spectrometry Foundation, har brakt meg i kontakt med andre ledende forskere i Brasil og over hele verden. Og når vi kommer sammen på konferanser, er spenningen håndgripelig. Takket være et knippe av gjennombrudds-teknologier og teknikker, avslører nesten hver uke noen nye rarieteter i det biologiske riket.

Åpenbaring av vakker oppfinnsomhet
Noen av disse funnene gir nye medisiner eller medisinske teknikker, for eksempel den rikt belønnede kreft-pennen som nylig ble utviklet av min datter Livia. Andre gir ingeniører nye ideer til oppfinnelser i det voksende feltet biomimetikk. Mens andre har ingen umiddelbar praktisk anvendelse; de er bare åpenbaringer av vakker biologisk oppfinnsomhet - vitenskapelig oppdagelse for dens egen skyld.

Alt denne nye kunnskapen er spennende i sin egen rett. Samtidig er jeg nå overbevist om at mange av disse funnene, samlet sett, peker utover seg selv til noe enda mer ekstraordinært. Denne nye alderen av oppdagelser avslører en myriade av kunstige løsninger på store tekniske utfordringer, løsninger som for hele verden ser ut til å kreve noe som materie alene mangler. Jeg vil fremlegge dette så tydelig som jeg kan: Dette rushet av funn synes å peke utover enhver blind evolusjonær prosess til produkt av en egenskap som er unik for sinn - fremsyn.

Ikke gå dit?
Og ja, jeg vet: Vi er fortalt at det er utenfor vitenskapens grenser å gå dit. Jeg tar opp det kravet i siste kapitlet i boken, Foresight. Men uavhengig av hvor du til slutt lander i spørsmålet om hvilke konklusjoner naturvitenskapen burde eller ikke burde tillate, og om du i siste instans bekrefter at denne gullstrømmen av nye bevis peker på virkninger av fremsyn, oppfordrer jeg deg til å inspisere bevisene. Nysgjerrighet kan ha drept katten, men den har gjort underverk for den vitenskapelige virksomheten.

De mange og geniale eksemplene, avdekket de siste årene, er så mange at de kunne fylle mange store bind. I boken min markerer jeg bare en liten brøkdel av totalen. Men den brøkdelen er fylt med underverk, alt fra insektgir og hardtslående reker til kjøttetende planter og en proteinmaskin i fugleøyet som kan utnytte kvante-forstyrrelser, slik at fugler kan se jordens magnetfelt.
La oss begynne med et eksempel som virker dagligdags - men bare ved første øyekast.

En membran og dets kanaler
Livet trives i vårt mangfoldige planetariske miljø, ikke minst takket være at jorden er finjustert for liv på mange måter. Men jorden kan også være ekstremt fiendtlig for livet. Oksygenmolekylet (O2 ) er for eksempel essensielt for livet; men bare en livsform som effektivt kan pakke og transportere (djevelen) O2 nøyaktig til et sted der den kan brukes som en energikilde, ville ha nytte av dens 'engleside'. Ellers blir O2 livets største fiende.

Bryt membranen til en levende celle, utsett den for luft, og du vil se den store ødeleggelsen O2 og myriader av andre kjemiske inntrengere kan gjøre for en perforert celle. Døden ville være rask og sikker. Fra et teknisk synspunkt var det derfor viktig at man fant en måte å beskytte cellen, livets mest grunnleggende enhet. Løsningen var smart: Cellen var omgitt av et sterkt kjemisk skjold, helt fra begynnelsen.

Det sies ofte at en løsning alltid medfører to ekstra problemer, og et mobilt membran-skjold er ikke noe unntak. En enkel skjold kan faktisk beskytte celleinnretningen mot dødelige inntrengere, men en slik barriere ville også forhindre at celle-næringsstoffer kom til å nå innsiden av cellen, og det ville fange cellulært avfall innenfor (celle-membranen). Små nøytrale molekyler kunne passere gjennom membranen, men ikke større og normalt elektrisk ladde biomolekyler. Et enkelt skjold ville være en oppskrift på rask, sikker død. For at tidlige celler kunne overleve og reprodusere, var noe mer sofistikert nødvendig. Selektive kanaler gjennom disse tidlige cellemembranene måtte være på plass helt fra starten.

Celler i dag kommer med nettopp slike døråpninger, spesialiserte proteinkanaler som brukes til å transportere mange viktige biomolekyler og ioner. Hvordan ble denne selektive transporten av både nøytrale molekyler og ladde ioner konstruert? Evolusjonær teori appellerer til en gradvis, trinnvis prosess med små mutasjoner siktet ved naturlig seleksjon, det som i helhet er referert til som overlevelse av de mest skikkede. Men en gradvis trinnvis evolusjonær prosess over mange generasjoner ser ikke ut til å ha noen sjanse til å bygge slike underverk, siden det tilsynelatende ikke kan være mange generasjoner av en celle, eller endog én generasjon, før disse kanalene må være oppe. Ingen kanaler, intet cellulært liv.

Så er nøkkelspørsmålet: Hvordan kunne de første cellene skaffe seg ordentlige membraner og utvikle de proteinkanaler som trengs for å overvinne permeabilitets-problemet?

Den store vanskeligheten
Selv noen engasjerte evolusjonister har tilstått den store vanskeligheten her. Som Sheref Mansy og hans kolleger satte det i tidsskriftet Nature -her, har den sterke barrierefunksjonen til membraner gjort det vanskelig å forstå opprinnelsen til cellulært liv.

Og det er å underdrive. På en eller annen måte måtte en tolags membran - fleksibel, stabil og motstandsdyktig - konstrueres, en som raskt og effektivt ville beskytte cellen fra den ødeleggende O2-gjennomtreningen, forbli stabil i vannlige syre-medier og håndtere svingninger i temperatur og pH. For å utføre alle disse oppgavene, ville cellens molekylære skjold også trenge en mekanisme for å fornemme endringer i temperatur og pH og reagere tilsvarende, justere membranens kjemiske sammensetning, for å håndtere disse fysiske og kjemiske endringer.

For eksempel, som Diego de Mendoza forklarer -her, "bakterier" remodellerer fluiditeten ved sine membran tilleggs-lag "ved å inkorporere proporsjonalt mer umettede fettsyrer (eller fettsyrer med analoge egenskaper) ettersom vekst-temperaturen avtar." Prosessen er kjent som homoviskøs tilpasning. Cellemembraner kan med andre ord initiere en serie av cellulære responser som reagerer på en endring i miljøtemperaturen.

Alt eller ingenting!
Hvis du skulle by på denne krevende, mangesidige jobben til de teknologisk mest avanserte ingeniørfirmaene i verden, kan deres toppingeniører enten le deg opp i ansiktet eller løpe bort og skrike i natten. Den nødvendige teknologien er langt utover vår mest avanserte menneskelige kunnskap. Og husk at å få to eller tre ting ved denne membranjobben riktig - eller til og med 99 prosent av jobben - ville ikke være nok. Det er alt eller døden! En sårbar celle som venter på forbedringer fra den gradvise darwinistiske prosessen, vil raskt bli angrepet av et myriade av fiender og dø, for aldri å reprodusere, noe som ikke gir evolusjonen noen tid i det hele tatt for å fullføre jobben nedover stien.

Det ser da ut til, fra all den biokjemiske kunnskapen vi nå har, at cellemembranens mange viktige krav måtte forutsees og leveres til rett tid, for at de tidligste cellene skulle overleve og reprodusere i et vannlig miljø.
Og det er bare begynnelsen av fremsynet som formodentlig kreves for å levere en membran som er god nok til å gjøre cellulært liv levedyktig.

Tager: biomolekyler; celle-membraner; ingeniørkunst; fremsyn; oksygen.