Originile dubioase ale gândului

Iluzia Asului improbabil

Problema celor trei corpuri

Barbut cu Darwin

Provocarea matematica a lui Darwin – II

Asadar, avem o populatie de veverite formata din mai multe specii sau sub-specii, care s-au diversificat prin mutatii aleatorii. Patru nucleotide in grupe de cate trei formeaza 64 de combinatii, care codeaza 20 de aminoacizi. La fiecare ciclu de reproducere, se produc recombinari minore in ordinea nucleotidelor. Deci se schimba lanturile de aminoacizi din proteine. Veveritele sunt facute din proteine. Veveritele se schimba. Restul stim de la Darwin.

Incepand din Pleistocenul timpuriu (peste 2,5 milioane de ani) veveritele s-au diversificat prin acest proces. Asa ne spun biologii. David Gelernter, profesor de informatica la Yale, spune ca nu este posibil.

Gelernter considera ca are un argument zdrobitor intr-un experiment publicat de Douglas Axe in the Journal of Molecular Biology: “Estimating the Prevalence of Protein Sequences Adopting Functional Enzyme Folds” (Axe, J Mol Biol 341, 1295-1315, 2004). 

Axe a supus la mutatii aleatorii o enzima (penicilinază) care confera rezistenta bacteriilor prin inactivarea antibioticelor din familia penicilinei. Scopul a fost sa identifice frecventa secventelor de 10 aminoacizi rezistente intre toate mutatiile obtinute. Concluzia lui a fost ca numai 1/10^64 din secventele rezultate au fost funcționale. 

Inapoi la Gelernter.

Douglas Axe did a series of experiments to estimate how many 150-long chains are capable of stable folds—of reaching the final step in the protein-creation process (the folding) and of holding their shapes long enough to be useful. (Axe is a distinguished biologist with five-star breeding: he was a graduate student at Caltech, then joined the Centre for Protein Engineering at Cambridge. The biologists whose work Meyer discusses are mainly first-rate Establishment scientists.) He estimated that, of all 150-link amino acid sequences, 1 in 1074 will be capable of folding into a stable protein. To say that your chances are 1 in 1074 is no different, in practice, from saying that they are zero. It’s not surprising that your chances of hitting a stable protein that performs some useful function, and might therefore play a part in evolution, are even smaller. Axe puts them at 1 in 1077. In other words: immense is so big, and tiny is so small, that neo-Darwinian evolution is—so far—a dead loss. Try to mutate your way from 150 links of gibberish to a working, useful protein and you are guaranteed to fail. Try it with ten mutations, a thousand, a million—you fail. The odds bury you. It can’t be done.

Trec peste faptul ca Gelernter extrapoleaza rezultatele experimentului pe o secventa de zece aminoacizi la orice mutatie si orice proteina, ignorand concluziile altor experimente. Din 2004 s-au intamplat multe, printre altele problema globala a bacteriilor care au evoluat rezistenta la antibiotice. Dupa Axe, fenomenul nu ar trebui sa existe pentru ca orice mutatie in genele care codeaza penicilinaza ar trebui sa duca la rezistenta scazuta fata de antibiotice. Problema a generat insa interes pentru experimente similare cu al lui Axe si o simpla cautare pe Google este suficienta pentru a le gasi. 

Ofer doar primul titlu obtinut la prima cautare. 

Plasmid-Mediated Resistance to Third-Generation Cephalosporins Caused by Point Mutations in TEM-Type Penicillinase Genes. 

Abstract

(Sariti la ultima fraza daca nu aveti rabdare).

Infections due to strains of Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, and Citrobacter freundii resistant to third-generation cephalosporins have been observed recently in France and the Federal Republic of Germany. This resistance phenotype is due to the production of new plasmid-mediated, broad-substrate-range β-lactamases designated TEM-3 to TEM7. DNA-DNA hybridization analysis with a probe specific for TEM-1 indicated that the corresponding genes blaT-3 to blaT-7 were variants of the structural genes for TEM-type β-lactamases. In the present studies, a 2.5-kilobase BamHI plasmid DNA fragment encoding TEM-3 was cloned in E. coli, and the entire nucleotide sequence of blaT-3 was determined. The deduced amino acid sequence of TEM-3 differed in two positions from that of the TEM-2 enzyme: lysine (TEM-3) was substituted for glutamic acid (TEM-2) at residue 104and serine (TEM-3) for glycine (TEM-2) at residue 238 in the numbering system of Ambler. Spontaneous mutants of TEM penicillinases with increased activity against third-generation cephalosporins were obtained in vitro by selection on cefotaxime or ceftazidime. It therefore appears that mutations in TEM-type β-lactamases contribute to resistance to new-generation cephalosporins.

Cum se explica rezultatul lui Axe?  Ne explica Arthur Hunt in Panda’s Thumb. Pe scurt, Axe nu a folosit mostra originara de penicilinaza ci cea mai instabila secventa intre mai multi cloni mutanti. Apoi a extrapolat rezultatele la tot lotul. E inutil sa adaug ca Axe nu a facut nici un experiment pe bacterii ci pe o enzima izolata. Gelernter suna intimidant cu cifrele lui si aerul de exactitate dar socoteala nu iese in viata reala. Cand ai de a face cu un domeniu atat de complex este mai bine sa dai expertului beneficiul indoielii.

Un prim raspuns la „Mathematical Challenges to Darwin’s Theory of Evolution”

Banuiesc ca atunci cand Dr. Nicu Mohanu este contrazis in cabinetul sau de un pacient (mai probabil pacienta) care stie totul de pe internet, raspunde ca stiinta medicala este ceva prea complex sa fie invatat pe Youtube.

Imi amintesc, de asemenea, (cu erorile inerente) ca un savant-putere ceausist a respins candva o dizertatie despre vegetarianism a prietenului meu Nicu, argumentand cu dispret ca lotul sau de observatie, vegetarienii AZS din Romania, nu merita atentia. Faptul ca lotul SDA fusese deja subiectul catorva studii in US nu pare sa il fi miscat pe profesorul ideolog.

Trec deocamdata peste problema stiintei de Youtube. Sa incepem cu ideologia.

„Filozoful” Stephen C. Meyer (isi aminteste cineva de procesul lui Galileo?) si “matematicianul” William Dembski au starnit anticipatiile entuziaste ale admiratorilor cand au promis sa fie martori la procesul din Dover (2005).

Spre dezamagirea lor, cei doi “savanti” au refuzat sa faca o depozitie, la sfatul avocatilor atei care lucreaza pentru Discovery. Teama avocatilor era ca judecatorul va ordona o subpoena pentru hartiile nepublicate ale celor doi si ale afacerii de la Discovery.

Michael Behe, care facuse deja depozitia, nu a putut da inapoi. Teama avocatilor s-a adeverit. Judecatorul (republican crestin) a ordonat subpoena pentru ciornele cartii Darwin’s Black Box si pentru manualul de Intelligent Design din Donver. A reiesit ca in spatele ambelor se afla o agenda ideologica. Putem doar suspecta ce ar fi iesit de la Discovery. Adeptii atei ai darwinismului social in US stiu bine de ce sponsoreaza creationismul.

Inapoi la stiinta de Youtube. Aflam ca un “om de stiinta” a citit cartea lui Dembsky si a vazut lumina. Mecanismele darwiniene actioneaza doar in interiorul speciei sau cel mult al genului dar nu explica macroevolutia. Vine in minte pacienta-stie-tot care spune doctorului ca “un mare om de stiinta” a demonstrat… bla, bla, bla. Nu domnilor, oamenii de stiinta nu il citesc pe Dembsky.

Mai departe, moderatorul cere o definitie a speciei. Aflam ca oricine stie ce este aia specie pentru ca oricine stie ca pisica e pisica. Intrebarea este: ce face pisica sa fie pisica?  Pisica este genul Felis, familia Felidae, ordinul Carnivora, s.a.m.d. Linnaeus a decis asa pe baza caracteristicilor comune sau diferite de ale altor grupe de animale. Este stiinta secolului XVIII. Se numeste istoria naturala  pentru ca descrie dar nu explica.

Darwin a plecat de la premisa ca orice progenitura, desi seamana cu parintii, se deosebeste de toti ceilalti membri ai speciei. Dupa Darwin, aceasta transformare continua duce, prin selectia naturala si izolarea reproductiva a populatiilor,  la speciatie.

Concluzia lui Darwin este teoretica. Darwin nu poseda un algoritm matematic care sa masoare schimbarea si, mai ales, nu cunoaste mecanismul ereditatii si al variatiei. Ceea ce se ignora, este faptul ca biologul modern poseda aceste scule.  El intelege bine mecanismul ereditatii si schimbarii si unitatea moleculara a lumii vii. De aceea, biologul clasifica formele de viata pe baza distantei moleculare.

Sa ne imaginam acum ca doctorul raspunde pacientei-stie-tot citindu-i un articol dintr-un jurnal de specialitate. Pacienta clipeste din ochi si isi aminteste ce clara era explicatia de pe Youtube fata de salata de cuvinte neinteligibila din jurnalul stiintific. In mintea ei, nici doctorul nu intelege ce citeste la fel cum autorul nu stie ce spune.

Va invit sa citim un paragraf frustrant din Journal of Evolutionary Biology.

The first three eigenvectors from the Principal components analysis (PCA) explained 7.7, 4.1, and 3.3% of variation, respectively, and largely separated all the groups except for the samples carrying divergent mitochondrial haplotypes in S. chuscensis (Fig. 3a). In line with F-statistics, S. aberti barberi and S. aberti kaibabensis were the most divergent populations, being clearly separated from all other samples by the first two eigenvectors.

Ca sa intelegem despre ce este vorba, voi cita dintr-un articol pe intelesul nostru din National Geographic.

When Arizona’s Grand Canyon formed, squirrels and other small mammals that had once been part of a single population could no longer contact and reproduce with each other across this new geographic barrier. They could no longer interbreed. The squirrel population underwent allopatric speciation. Today, two separate squirrel species inhabit the north and south rims of the canyon.

Fraza de mai sus putea fi scrisa la fel de bine de Darwin. Este un argument comun in Originea Speciilor. Veverita Aberti este raspandita pe o arie larga la sud de Grand Canyon. Veverita Kaibab se gaseste doar pe platoul Kaibab (32/64 km) pe marginea de nord. Este un exemplu intuitiv de evolutie prin izolarea unei populatii de restul speciei.

Si, bineinteles, contra-argumentul, tot intuitiv, este: pisica e pisica, veverita e veverita.

Insa stiinta este contraintuitiva.

Echipa de la JEB a izolat, de la semn de punctuatie la semn de punctuatie, propozitiile ADN raspunzatoare de caracteristicile diferitelor grupe de veverite Aberti, care populeaza partea de sud-vest a US. Apoi au cuntificat mutatiile care le separa. Cum ne asteptam, veverita Kaibab se afla la cea mai mare distanta moleculara de restul populatiei.

Mai departe.

Most notably, our results support earlier claims (disputed by mitochondrial data) that S. aberti kaibabensis, found only on the north rim of the Grand Canyon, is highly divergent from other populations. However, we also detected introgression of S. aberti kaibabensis DNA into other S. aberti populations, which likely accounts for the previously inferred close genetic relationship between this population and those south of the Grand Canyon.

Pe limba noastra, veveritoiul aventuros a continuat sa traverseze Grand Canyon in cautare de amor exotic, pana cand geologia a pus capat unor astfel de escapade acum 10.000 ani. Intelegem, caci si noi suntem mamifere. Mai putini sentimentali, autorii articolului le refuza veveritelor Kaibab dreptul de a se considera mai mult decat o subspecie.

Cineva va spune iarasi: deci pisica este pisica si veverita este veverita. Nu va grabiti.

The first three eigenvectors from the Principal components analysis (PCA) explained 7.7, 4.1, and 3.3% of variation… In line with F-statistics, S. aberti barberi and S. aberti kaibabensis were the most divergent populations, being clearly separated from all other samples by the first two eigenvectors.

Observati ca echipa compara si insumeaza vectori de schimbare lineara in secvente de ADN. Am trecut de la specie bazata pe suma unor caracteristici observabile la specie ca matrice algebrica.  Exista o matrice a populatiei de veverite si exista una a mamiferelor. Ambele sunt la fel de operabile, indiferent daca este micro sau macro evolutie.

Exista un „challenge” matematic al evolutiei darwiniene? Exista, si suntem inca departe de a-l rezolva. Cuantificam evolutia unei populatii de veverite, cuantificam evolutia unui ordin sau clase, dar suntem departe de un matrix universal al vietii. Insa daca vorbim de evolutie in general, problema este solubila.

Am vrut doar sa arat de la inceput ca discutia de la Hoover este paralela cu stiinta. Insa ne ofera iluzia ca intelegem. Din nefericire, cei de la JEB nu interactioneaza cu publicul larg iar literatura de popularizare este constransa de politici editoriale sa nu ne dea dureri de cap.

Va urma.

Subversiune