Feilslutningen av evolusjonær fordel
Evolution News, 27 mars 2017
Oversatt herfra.

Bilde 2. Prinsippskisse av ATP-motor.

Vurder følgende historie:

Hvorfor er det to moduser av transport for å oppnå samme funksjon? Sykler og automobiler fremkom tilsynelatende uavhengig av hverandre. Mens begge yter transport, ville bilen ser ut til å ha en klar fordel i km-reist per enhet energi. Vår analyse antyder en mulig forklaring på denne tydelige sammenheng mellom energitilførsel og mekanisme. Når bilen og sykkelen er på reise ved ca. 10 km i timen, er forholdet mellom energiforbruk per meter omtrent den samme [for illustrasjonens skyld]. Under forhold der transport skal finne sted ved høyere hastighet er oppstått, kan bensinmotor-mekanismen ha blitt valgt for sin kinetiske fordel. På den annen side, når forholdene krever en hastighet på 10 km i timen eller mindre, kan fot-pedal mekanisme ha blitt valgt for andre mulige fordeler som følge av sin strukturelle og funksjonelle enkelhet.
Vi ler av denne dumme historien, men evolusjonister ofte benytter denne typen argumentasjon på alvor: Hvis noe er fordelaktig, må naturen ha valgt det! Siden evolusjonsteori forbyr noen henvisning til intelligente årsaker, uansett hva forskerne observerer - uansett hvor innviklet - må det ha blitt utviklet uten en designer, og valgt uten en velger.

Ett ferskt eksempel i PLoS ONE -her. To forskere fra Institutt for Computational og Systems Biology ved University of Pittsburgh fremmet nøyaktig samme resonnement som vår historie, med unntak av at deres maskiner er mye mindre. Men det samme feilslutning gjelder. Faktisk tilpasset vi vår historie fra lignende uttrykk i deres artikkel, “Biofysisk sammenligning av ATP-drevet protonpumpe-mekanismer antyder en kinetisk fordel for roterende prosess avhengig av koplingsforhold”.

Legg merke til likhetene:
ATP-drevne protonpumper, som er kritiske for driften av en celle, vedlikeholder cytosoliske og organelle pH-verdier innenfor et smalt funksjonsområde. Disse pumpene anvender to svært forskjellige mekanismer: en utførlig roterende mekanisme som brukes av V-ATPase H + pumper, og en enklere vekslende tilgangs-mekanisme som brukes av P-ATPase-H + pumper. Hvorfor brukes to ulike mekanismer til å utføre samme funksjon? Systematisk analyse, uten parameter-tilpasninger, kinetiske modeller av den roterende, vekslende tilgang og andre mulige mekanismer tyder på at, når forholdet mellom protoner som transporteres pr ATP hydrolysert overskrider én, ett-om-gangen protontransport ved hjelp av rotasjonsmekanismen er raskere enn andre mulige mekanismer over et bredt spekter av kjøreforhold.

Bilde 2. Vakuoler i celle

Når forholdet er én, er det ingen iboende forskjell i fri energi forholdene mellom mekanismer, og derfor kan alle mekanismer fremvise samme kinetiske prestasjoner. Så vidt vi vet har alle kjente rotasjonspumper et H +: ATP-forhold som er større enn én, og alle kjente vekseltilgangs ATP-drevne protonpumper har et forhold på én. Vår analyse antyder en mulig forklaring på denne tydelig sammenheng mellom koplingsforhold og mekanisme. Når de betingelser som pumpen må tillate har et koplingsforhold større enn én, kan den roterende mekanismen ha blitt valgt for sin kinetiske fordel. På den annen side, når forholdene krever et koplingsforhold på én eller mindre, kan den alternerende aksessmekanismen ha blitt valgt for andre mulige fordeler som følge av sin strukturelle og funksjonelle enkelhet.

De snakker, vel og merke, om en av de mest fantastiske molekylære maskiner i hele livet: ATP-syntase rotasjonsmotor. Vi omtalt det i en animasjon -her. Og som vi har skrevet om før, kommer den i to typer: mitokondrie F0F1-ATPase som syntetiserer ATP fra en proton- drivkraft, og V-ATPase vakuoler som forsurer vakuoler med en lignende mekanisme og kjører i revers. Bare å se disse maskinene i drift roper intelligent design!
Protonpumpe-P-ATPase de refererer til, er ikke mindre beundringsverdige. Selv om den bruker en mindre effektiv mekanisme (en proton pr ATP), opprettholder den kritiske cellulære funksjoner. Gjellene hos ung laks -her; for eksempel bruker natrium-kalium pumpe (Na + / K + ATPase-P) for å tilpasse seg til sjøvann når den forlater deres barndoms strømmer, og benytter pumpene i revers ved retur. Denne animasjonen viser at designet, mens enklere enn ATP syntase, er elegant og effektiv, som sykkelen i forhold til bilen. Her på Evolution News, beskrev lege Howard Glicksman mange viktige funksjoner denne pumpen oppnår i menneskekroppen.

Nå som vi vet om de to maskinene som diskuteres i PLoS ONE artikkelen, beskriver forfatterne noensinne hvordan de oppsto ved tilfeldige mutasjoner og naturlig utvalg? Selvsagt ikke. For dem er det tilstrekkelig å si, “De er en fordel; Derfor utviklet de seg.”Full stopp. Faktisk dobler evolusjonister mirakel-arbeidskraften til naturlig utvalg ved å si dette, i det de er fullt klar over kompleksiteten i disse maskinene:
"To svært forskjellige mekanismer, som mest sannsynlig utviklet seg uavhengig av hverandre, anvendes for ATP-drevne pumper H +: dreiemekanismen for den V-ATPase og den vekslende tilgangsmekanismen som brukes av P-ATPaser (fig 1). Den betydelig mer kompliserte V-ATPase består av 25-39 proteinkjeder sammenlignet med en monomer eller homodimert polypeptid for P-ATPase. Operasjonsmekanismen for V-ATPase er også mer utførlig, i det den består av en elektrisk motor-lignende roterende mekanisme. I motsetning til dette, opererer P-ATPase ved å veksle mellom to (E1 og E2) konformasjoner i likhet med de fleste allosteriske mekanismer."

Vi bør gispe av en slik godtroenhet i en vitenskapelig artikkel. Likevel er to forfattere, med to kolleger, publisert en lignende artikkel i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) i fjor: “Biofysikalsk sammenligning av ATP syntese mekanismer viser en kinetisk fordel for den roterende prosessen.” Den samme feilslutningen er sentralt i hele deres artikkel: “vår analyse viser at dreiemekanismen er raskere enn andre mulige mekanismer, særlig under vanskelige forhold, noe som antyder en mulig evolusjonær fordel.”
"Hvorfor valgte evolusjon to svært forskjellige mekanismer for ATP-drevne protonpumper? Her utforsker vi en mulig betraktning: forskjellen i kinetikk, dvs. frekvensen av H + pumping, mellom de to mekanismer, og bygge på vår siste studie av ATP syntese kinetikk [PNAS artikkel]. En mekanisme som kan pumpe protoner raskere, under de samme forhold (samme bioenergetisk kostnader), kan være i stand til å svare på cellulære krav og varierende forhold hurtigere. Dessuten ville en hurtigere mekanisme krever et lavere kjøre-potensial (bioenergetisk kostnader) for å oppnå samme pumpehastighet i forhold til en langsommere mekanisme. En slik mekanisme kan tilby en overlevelsesfordel spesielt når forskjellen i frekvens er stor, og på en konkurransedyktig måte. Antagelig ville en slik mekanisme være under et positivt seleksjonstrykk."

Bilde 3. Hva skjer på innsiden?

Forfatterne valser ikke bare forbi disse uttalelsene, som for å komme seg til mer seriøse saker. Nei; den evolusjonær fordel-feilslutningen er sentral i hele deres artikkel. Vi teller ordet fordel 25 ganger, som regel i en evolusjonær sammenheng: spesielt, evolusjonær fordel eller selektiv fordel åtte ganger. Her er det to ganger i den avsluttende diskusjonen:
"Hvorfor er det to forskjellige mekanismer, en dreiemekanisme og en vekslingsmekanisme, for ATP-drevne protonpumper? Mange faktorer bidrar til generell evolusjonær egnethet (fitness), og her har vi fokus på kinetisk atferd, som er mottagelig for systematisk analyse .... Disse resultater antyder at når kjøreforholdene er slik at en koplingsforhold over én er tilstrekkelig for levedyktig drift kan rotasjonsmekanismen ha en selektiv fordel. Imidlertid, når en prosess krever et koplingsforhold på én for levedyktig for operasjon, kan den vekslende aksessmekanismen ha en selektiv fordel på grunn av sin enkelhet og tilsvarende lavere kostnad for proteinsyntese."

Et annet tilfelle av evolusjonær fordel feilslutning vises i PNAS -her. Wei Lin og ti andre internasjonale kolleger tror at bakterier utviklet magnet-motorteknikk fordi det ville ha vært en fordel for dem. “Den tidlige opprinnelsen til magnet-motorteknikk ville gitt evolusjonære fordeler i å takle miljøutfordringene til mikroorganismer på en tidlig jord”, sier de. Men om “en arkeisk geodynamo var tilstrekkelig til å støtte magnet-motorteknikk ,” betyr ikke det at bakterier ville skape gener og atferd for å gjøre bruk av den. Det er som å si at vann skaper fisk.

Bilde 4. Ikke noe enestående tilfelle -på ene eller andre måte

Er disse isolerte tilfeller vi hakker på? Et raskt søk på Google Scholar for “evolusjonær fordel” gir over 32.000 treff. I vår erfaring, er dette et hyppig brukt uttrykk som vanligvis er blottet for enhver detaljert beskrivelse av hvordan tilfeldige mutasjoner og naturlig utvalg kunne ha oppnådd de nevnte fordeler. Den forenklede syllogisme, “Det er en fordel, derfor har det utviklet seg,” er ikke en vitenskapelig teori. Det er bare ord-salat.