Finjustering i biologi – en vetenskaplig artikel

Nyligen så publicerades en artikel i en peer-reviewad tidskrift som vissa religiösa tycks tolka som om det vore någon form av evidens för finjustering inom biologi, som man sedan tolkar som evidens för ”design”. Jag har läst igenom artikeln och tänkte ge en kort kommentar angående innehållet.

Artikeln är publicerad i Journal of Theoretical Biology och författad av en svensk professor i matematisk statistik och en norsk professor i informatik vid en pedagogisk institution . Artikeln heter ”Using statistical methods to model the fine-tuning of molecular machines and systems” och finns tillgänglig här.

Det är främst litteratur knuten till Intelligent Design och ibland till och med kristen apologetisk litteratur som citeras. Det är också synnerligen ovanligt att man tycks utan vidare implicit presentera en icke-naturalistisk förklaring då man tycks referera till alternativa modeller (såsom evolution) som ”naturalistiska modeller”. Det är också genomgående en terminologi som är ganska främmande inom modern evolutionsbiologi.

Nåväl, låt oss summera vad jag tolkar in från artikeln; jag tänker främst fokusera på en linje som jag anser vara kritisk och inte hela artikeln då jag vill hålla detta ganska kort.

Biologisk finjustering

Så som jag tolkar artikelns introduktion så vill man med bakgrund i argumentet kring universums påstådda finjustering pröva om man kan påvisa en liknande ”finjustering” i biologi. Detta ska då enligt författarna utmana ett ”Darwinistiskt tänkande” inom biologi.

Man börjar, efter att ha diskuterat valet av statistiskt angreppssätt, med att konstatera att liv är finjusterat. Detta genom att ta exempel på proteinsekvenser där det endast är ett relativt fåtal sekvenser som är ”funktionella” (i sin nuvarande funktion) jämfört med antalet möjliga slumpvisa sekvenser av samma längd. Något som inte är särskilt oväntat. Eftersom protein och organismer har evolverat fram, så förväntar man sig att de ska vara specialiserade – adapterade, vilket uttrycker sig som ”finjustering”.

I detta stycke skrivs något jag finner ganska oklart och har inte tillgång till boken som refereras:

They indicate that the probability of finding a functional protein in sequence space can vary broadly, but commonly remains far beyond the reach of Darwinian processes

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022519320302071#b0210 Section 4.1

Det vore intressant att veta vad som exakt åsyftas när man menar att sannolikheten att slumpvis generera en funktionell proteinsekvens är utom räckhåll för Darwinistiska processer (adaptiv evolution). Molekylär evolution är som bekant inte endast en slumpmässig sampling av en hel proteinsekvens utan en process av mutationer/genetisk variation varvid naturlig selektion driver varianter till fixering. Den citerade meningen får det att låta som att sannolikheten att slumpmässigt generera en proteinsekvens skulle vara relaterad till huruvida adaptiv evolution förmår resultera i den givna proteinsekvensen.

Vidare så evolverar som bekant inte ett nytt protein från ingenting, den relevanta frågeställningen är huruvida en sekvens kan evolvera till en annan, inte från intet. Proteiner har likt konceptet av gemensam anfader i arter också gemensamma ursprungsprotein. I exempelvis jästsvampen S.cerevisiae så har det i den evolutionära historien skett en duplicering av hela genomet (arvsmassan) vilket gör att man kan studera divergens av proteiner som duplicerat och idag utgör olika protein kodade av olika gener, vilket går att studera (ref 1, ref 2).

Finjustering genom evolution – rimligt?

Efter man etablerat att antalet funktionella proteinsekvenser ur en slumpmässig fördelning av sekvenser är lågt, så frågar man sig – hur sannolikt är det att detta kan ske genom adaptiv evolution? Författarna tycks mena att denna sannolikhet är mycket låg, och föreslår sedan istället Intelligent Design.

Det verkar som att man baserar detta på en ganska okonventionell modell (sektion 5) – där man gör ett antagande att proteinet är ”icke-reducerbart komplext” (”irreducible complexity”). Ett koncept som inte direkt har stor acceptans bland evolutionsbiologer då det saknas övertygande evidens för icke-reducerbart komplexa system. Modellen antar i princip att alla möjliga mutationer resulterar i negativ relativ fitness mot vildtypen (ursprunget). Visualiserar man ett fitness-landskap så har man ställt ursprungssekvensen på en topp omgivet av en djup vallgrav och det enda sätt som en population kan korsa denna vallgrav är genom genetisk drift hos en liten population. Att det är svårt att flytta sig från denna topp beror helt enkelt på att modellen antar att det inte finns några vägar därifrån.

Detta är inte samma sak som att anta att majoriteten av mutationer är negativa, utan antagandet består i att man menar att positiva mutationer över huvud taget inte existerar för det givna proteinet i något sammanhang (epistasi eller miljö). Man kan empiriskt mäta distributionen av fitnesseffekter av mutationer och de är som förväntat ett litet antal fördelaktiga mutationer (ref3, ref4, ref5) – men de existerar. Det händer att man uppmäter 0% positiva mutationer – men det beror dels på miljön (se ref4 och ref5) – om man mäter i en miljö där organismen redan är adapterad till, samt att små eller ovanliga mutationer är svåra att mäta.

Det jag ställer mig frågande till är alltså hur modellen som presenteras kan generaliseras på evolution i allmänhet. Modellen där resultatet är att adaptiv evolution är osannolik bygger på att man antar icke-reducerbar komplexitet (genom att ge alla mutationer negativ fitness). Men det bygger självklart på att sådana protein existerar, annars är det endast osannolikt givet ett kriterium som inte uppfylls. Då undrar jag helt enkelt – har författarna något exempel på en ancestral proteinsekvens som evolverat (eller designats, som är den alternativa hypotesen) till en annan proteinsekvens där inga möjliga mutationer på vägen har positiv fitness i någon miljö?

Det finns exempel på när man empiriskt påvisat fitness för varje steg mellan vildtyp och den genotyp med högst fitness – vilket är starkt påverkat av epistasi. För mig verkar det som att författarna tänker sig att deras alternativa förslag de presenterar (Intelligent Design) endast föreslås för protein där man kan påvisa att inga mutationer är positiva i någon miljö, så frågan blir – finns det något sådant exempel? Vi har exempel på när protein har möjliga positiva mutationer – så där antar jag att modellen inte är aktuell?

Jag tolkar alltså detta som en statistisk modellering av ett fenomen som inte kunnat beläggas existera, vilket inte är fel i sig, men frågan är om det har någon implikation för vår förståelse av biologi.

Detta blev en kort och ganska teknisk kommentar, då den faller något utanför bloggens fokus. Men jag anser det ändå relevant då artikeln redan använts som apologetik. Det kan hända att detta inlägg uppdateras om det finns ett stort intresse för att diskutera artikeln.

Uppdatering: Reaktioner på artikeln har publicerats i samma tidsskrift vilket kan läsas här.

Publicerad av veganbiologist

Vegan with a PhD in Molecular Genetics

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com-logga

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s

Skapa din webbplats med WordPress.com
Kom igång
<span>%d</span> bloggare gillar detta: