Den designede kropp: Ikke-reduserbar kompleksitet i kjemiteknikk = Utsøkt design

Av Steve Laufmann; 8 mars 2017 Bilde 1. Eks på en designet kropp

(Oversatt fra: http://www.evolutionnews.org/2017/03/designed-body-engineered-system-displaying-irreducible-complexity-steroids/ )

Livet trives. Det blomstrer nesten overalt hvor vi ser, selv i bemerkelsesverdig ugjestmilde steder. Kanskje fordi livet er så vanlig, er det lett å miste av syne hvor delikat det er. Livet er avhengig av en hårfin balanse av krefter. Ødelegg den balansen, og døden er uunngåelig.
Howard Glicksman sin dype 81-delers serie, 'The Designet Body', konkluderte i september i fjor her på Evolution News. Dr. Glicksman tilbyr uvanlig innsikt i den interne driften av menneskekroppen (dvs. denne tingen jeg er fanget inne i). Som et hospits-lege, forstår han det som trengs for en menneskekropp til å overleve, og hvordan ulike dysfunksjoner kan forurense verket og føre til døden. Han gjør disse enkle å forstå, og gir viktige leksjoner for lesere som er villige til å jobbe seg gjennom de medisinske delene. Jeg ønsker å legge til her mine egne refleksjoner om emnet.

Serien av Dr. Glicksman drøfter 40 beslektede kjemiske og fysiologiske parametre som kroppen nøye må balansere for å opprettholde livet. Kroppen distribuerer utrolige, sammenhengende løsninger for å håndtere dem.
Parametrene er: (1) oksygen, (2) karbondioksid, (3) hydrogen-ion, (4) vann, (5) natrium-, (6) kalium, (7) glukose, (8) kalsium, (9) jern , (10) ammoniakk, (11) albumin transport, (12) proteiner, (13) insulin, (14) glukagon, (15) thyroid hormon, (16) kortisol, (17) testosteron, (18) østrogen, (19 ) aldosteron, (20) paratyroidhormon, (21) fordøyelsesenzymer, (22) galle, (23) røde blodceller, (24), hvite blodceller, (25) blodplater, (26) blodlevringsfaktorer, (27) anti-levrings faktorer, (28) komplementære utfyllinger (complement), (29) antistoffer (30) temperatur, (31) puls, (32) respirasjonsfrekvens, (33) blodtrykk, (34) lungevolum, (35) luftveis hastighet, (36) hjertets minuttvolum, (37) leverfunksjon, (38) nyrefunksjon, (39) hypothalamus-funksjonen, (40) nerveimpuls-hastighet.

Jeg (Steve Laufmann) fikk syv lærdommer fra serien.

1. Livet kan bare eksistere når du svømmer oppstrøms mot ubarmhjertige naturkrefter.

   Bilde 2. Celle med iboende komponenter

For å overleve, må en menneskekropp stadig kjempe mot mektige og nådeløse naturkrefter. Når kroppen bukker under for noen av disse krefter, når det likevekt med miljøet -en tilstand kjent som "død".

2. En kompleks kroppsplan stiller enorme krav til overlevelse.

Encellede organismer kan bare overleve i et egnet substrat - hvor organismen (cellen) er i direkte kontakt med omgivelsene, hvor det må trekke alle de råvarer som er nødvendig for å overleve, og inn i hvilket det kan kvitte seg med avfallsprodukter uten å forgiftes av dem.
I motsetning til dette er det store flertallet av cellene i menneskekroppen fysisk isolert fra omgivelsene, slik at overlevelse avhenger av andre midler for å levere de nødvendige råmaterialer og kvitte seg med giftige avfallsmaterialer for hver og en av sine billioner av celler. Å kontrollere så mange faktorer er komplisert arbeid, og krever mye av systemer.

3. Gullhår eller død.

For hver av disse 40 kjemiske og fysiologiske faktorene, må kroppen opprettholde sin funksjon innenfor et snevert område av mulige verdier. I praksis må kroppen gjøre akkurat de rette tingene på de rette stedene til rett tid, i de rette mengder og på akkurat de riktige hastigheter. Overlevelse avhenger av å opprettholde balanse innenfor disse små toleranse-grensene.

Dette er et eksempel på ‘Gullhår-prinsippet’ - alt må være akkurat riktig for at livet skal være mulig. Som Glicksman sier: "Reelle tall har reelle konsekvenser." Når tallene ikke kan opprettholdes på riktig nivå, dør kroppen. Som et eksempel, la oss se på hva som er nødvendig for cellulær respirasjon -her :
Cellen er den grunnleggende ‘byggeklossen’ i menneskekroppen. Hver celle må lykkes i å bekjempe diffusjon og osmose for å opprettholde sin interne volum og nødvendige kjemiske innhold. Dette krever energi, som må komme etsteds fra.
For å dekke sitt energibehov, bryter cellen ned glukose i henhold til en enkel kjemisk formel:

Bilde 3. Cellulær respirasjon

Glukose molekylet og seks oksygenmolekyler omdannes til seks molekyler karbondioksid og seks molekyler vann. Disse er alle stabile molekyler, så det tar noe arbeid for å få dette til å fungere. I en komplekst tre-trinns prosess, benytter cellen 20+ spesialiserte enzymer og frakt-molekyler (hver bestående av 300 + spesifikt bestilte aminosyrer), for å bryte ned de kjemiske bindinger av glukosemolekylet, for derved å frigjøre energi som cellen bruker å drive sitt maskineri, herunder de kritiske natrium-kalium pumper som styrer cellens innhold og volum.

Selvfølgelig er en tilførsel av oksygen nødvendig. Men dette gir noen problemer for kroppen. Mens glukose kan lagres i kroppen for senere bruk, kan ikke oksygen det, så det må tilføres kontinuerlig, og i riktige mengder for å dekke dagens etterspørsel.
Uten nok oksygen, går cellen tom for energi, dets natrium-kalium pumper mislykkes, cellens indre volum og kjemiske innhold kan ikke opprettholdes, og cellen dør. Når tilstrekkelig antall celler i et organ dør, opphører funksjonene som tilbys av det organet, noe som gjør at påfølgende funksjoner mislykkes, og så videre. Uten korrigerende tiltak, fører dette til en kjedereaksjon av svikt. På bare noen få minutter, vil mangel på oksygen vil drepe hele kroppen.

På den annen side, når kroppen får nok oksygen, genererer prosessen karbondioksid, som, hvis det ikke fjernes, øker cellens hydrogen-ion-nivå, noe som fører til celledød. Så cellen må effektivt "lede" oksygen inn i cellen og karbondioksyd ut av cellen gjennom cellemembranen. Gitt at cellen er omgitt av et par billioner andre celler, som hver uavhengig opprettholder det samme celleinnhold og volum- funksjoner, må legemet administrere samlede substans-strømmer av oksygen (inn) og karbondioksid (ut).

Bilde 4. Spesifisert kompleksitet kjennetegn på Intelligent Design (ID)

Dette krever et effektivt transport-undersystem (for eksempel sirkulasjonssystemet), utstyrt med en pumpe (hjerte), transportmedium (blod), og midler til å utveksle oksygen og karbondioksid med luften i omgivelsene (lungene).

Men dette er ikke så lett. Blodets væskekomponent er hovedsakelig vann, og oksygen oppløses ikke godt i vann. Så kroppen tilføyer et komplekst jernbasert protein som kalles hemoglobin i blodet, som binder seg til oksygen slik at det kan transporteres effektivt gjennom hele kroppen. For å gjøre dette arbeidet, , trenger kroppen fremdeles andre (sub) systemer for å erverve, lagre og bearbeide akkurat nok jern (for mye er giftig), og deretter prosessere det til hemoglobin. Og det er en egen prosess og delsystemer for å levere glukose til cellene. Glicksman gir mange flere detaljer, men du skjønner poenget: mange bevegelige deler er nødvendig.

4. Overlevelse avhenger av spesialisering, integrasjon og koordinering.

Å løse disse problemene i praksis er vanskelig.
For å oppnå det store utvalg av funksjoner som trengs for å overleve, bruker kroppen rundt 200 forskjellige, spesialiserte celletyper. For å oppnå de nødvendige funksjoner for hvert delsystem i kroppen, må disse cellene bli oppstilt på nøyaktig de rette steder med hensyn til deres relevante delsystemer.

Bilde 5. Ektrem kompleksitet -i de enkleste celler

Bare når hvert delsystem er riktig oppstilt og fungerer, kan kroppen overleve. Men løsninger på delsystemnivå tenderer til å presentere nye problemer å overvinne, og disse er ofte avhengige av andre selvstendige delsystemer, som består av andre spesialiserte celler som er ordnet i akkurat de riktige måtene for å oppfylle sin funksjon. Alle disse må fungere sammen med hverandre.
I eksempelet ovenfor, transporterer sirkulasjons-delsystemet råvarer til billioner av individuelle celler. Men treghet, friksjon og tyngdekraft presenterer utfordringer for sirkulasjon, slik at systemet trenger flere kontrollmekanismer, som involverer blodsirkulasjon, blodtrykk og blodstrøm, for å sikre at sirkulasjonen er effektiv i hele kroppen.
En menneskekropp må operere effektivt på minst tre ulike nivåer: (1) celler, (2) delsystemer, og (3) hele kroppen. Utfordringen i å lage effektive mekanismer på alle tre nivåer for å ta opp alle de 40 overlevelses parametrene er ufattelig, og kroppen har på en eller annen måte oppnådd geniale løsninger.

5. Hver og en av kroppens styringssystemer er ikke-reduserbart komplekse.

For hver av de 40 overlevelsesfaktorer, krever menneskekroppen minst ett kontrollsystem. Hver styresystem, enten i et biologisk eller et menneske-konstruert systemet, må inneholde noen midler for å utføre hver av følgende funksjoner:

i) Sensorer, for å måle det som blir kontrollert. Det må være nok sensorer, i de riktige stedene (til å oppfatte det som blir kontrollert), og med passende følsomhet for de nødvendige toleranser.
ii) Dataintegratorer, for å kombinere data fra mange sensorer.
iii) Styrelogikk, for å bestemme hvilke justeringer som er nødvendige for å oppnå de ønskede effekter. I noen tilfeller kan logikken drive endringer på tvers av flere delsystemer. I alle tilfeller må logikken være riktig for å oppnå riktig funksjon.
iv) Effektorer, for å endre det som blir kontrollert.

Bilde 6. Kompliserte kjemiske reaksjoner

v) Signalerende infrastruktur, for å bære signaler fra sensorene til data integratorene og/eller styreenheten, og fra kontrolleren til effektorene. Signaler må bære riktig informasjon, rettes til de riktige komponentene, og komme i tide.

Effektorer må være i stand til noe eller alle av følgende funksjoner (avhengig av faktoren som blir styrt):
a) Reseptorer, for å motta signaler om justeringer som må gjøres.
b) Et organ, vev eller andre organ-undersystemet som er i stand til å påvirke den faktor som styres.
c) ‘Innhøstere’ -for å skaffe eventuelle nødvendige kjemikalier fra miljøet - i riktige mengder, til rett tid - og konvertere dem som trengs for et bestemt bruk (f. eks. jern til hemoglobin).
d) Avfallshåndtering for å fordrive unødvendige kjemiske biprodukter, som kan være giftige i tilstrekkelige mengder.

Hvert kontrollsystem må være dynamisk nok til å opprettholde de snevre toleranser som kreves i nødvendige tidsrammer. ..
Hvert og ett av kroppens kontrollsystemer bruker hundrevis til millioner av enkeltdeler. Dette er ikke-reduserbar kompleksitet av kjemiteknikk.

6. 

   Kroppen er et sammenhengende nett med sammensatte systemer.

Ingen av de kontrollsystemer Glicksman beskriver kan oppnå sine funksjoner alene - hver er avhengig av andre kropps-delsystemer for hjelp. For å oppnå dette, må kontrollmekanismene arbeide sammen mot et utfall som ingen kan "se" eller kontrollere fra start til slutt. Sammen danner de et nett av inter-agerende kontrollsystemer.

Menneskekroppen er en koherent samling av gjensidig avhengige delsystemer. Hvert undersystem er et sammenhengende system i seg selv, som består av en sammenstilling av lavere-nivå komponenter. Hver lavere-nivå komponent er i seg selv en sammenstilling av enda lavere nivå komponenter. Vi kan følge dette sammensetningsmønsteret av sammensatte komponenter hele veien ned til proteiner, aminosyrer, og DNA-koden.

Og for at ikke dette være for lett, krever funksjonell sammenheng også prosess-sammenheng over hele kroppens livssyklus, fra befruktning til modenhet og reproduksjon. Prosess sammenheng begrenser ytterligere kroppens systemer, og gjør overlevelse enda vanskeligere.

Sammenheng krever at alle de riktige delene på alle de riktige stedene gjør alle riktige ting til de riktige tider i alle de riktige mengder med riktige hastigheter – sammen, som en helhet. Dette betyr de riktige relative plasseringer, størrelser, former, orientering, kapasitet og dynamikk, med de riktige fabrikasjons-spesifikasjoner, monteringsanvisninger og driftsprosesser. For å koordinere sine interne aktiviteter, integrerer kroppen sine deler og kommuniserer ved hjelp av flere typer av signalering (for eksempel punkt-til-punkt, multi-punkt, kringkasting). For å opprettholde funksjonsevnen, bruker den endatil andre mekanismer for feilretting, svikt-forebygging, trussel-oppdagelse og forsvar, gjennom sine mange nivåer av systemer og delsystemer.

Bilde 7. Nevron-nettverk i hjerne

Kroppens deler er funksjonelt avhengige av hverandre, men operasjonelt autonome. Bortsett fra å være svært vanskelig å oppnå med så mange bevegelige deler, er dette hva en ingeniør ville kalle elegant design. Arkitekturen av menneskekroppen er utsøkt.

7. Helheten er større enn summen av delene.

For menneskekroppen, er helheten mye mer enn summen av delene. Dette er akkurat hva vi ser med alle komplekse, optimale systemer. Faktisk er dette et særtrekk ved optimale systemer.
Med mennesker, er helheten også ganske bemerkelsesverdig i seg selv. Det er nesten som om kroppen er designet spesielt for å muliggjøre tankene: tanke, språk, kjærlighet, edelhet, selvoppofrelse, kunst, kreativitet, industri, og mitt favoritt tankekors: musikk.
Menneskekroppen istandsetter disse tingene, men bestemmer dem ikke. Så vidt vi kan se, kan ingen kombinasjon av kroppens substrater - informasjon, maskiner, eller virksomhet - alene oppnå disse tingene.
Likevel er det akkurat disse tingene som gjør menneskers liv verdt å leve. Dette er avgjørende for vår menneskelige erfaring.

Menneskelivet innebærer så mye mer enn bare å være i live.
Denne enkle observasjon imøtegår darwinistiske forventninger. Hvordan kan ‘bottom-up’, tilfeldige prosesser i det hele oppnå slike utsøkt konstruerte utfall - utbytte som gir en livserfaring langt utover kroppens kjemi og fysikk?

Slike spørsmål har enorme konsekvenser for verdenssyn, og for de måter som mennesker lever sine liv.

Tagger: Ingeniør-kunst; Ikke-reduserbar kompleksitet; Biologi; Medisin; Intelligent Design