Pescarii de balene înecate atacă iar

Mitul Entropiei Universale

Reforma și Șamanul

Evolutionism teist?

Necunoscute in algebra evolutiei

Sa ne intoarcem la secventele paralele Gorila – Om – Cimp pe care le-am analizat. Vom spune ca cele trei specii sunt frunze pe clada primate.

Go
ACGTCGTA
Om
ACGTTCCT
Cimp
ACGTTTCG

Am gasit distantele moleculare:

Go-Om 4, Go-Cimp 4, Om-Cimp 2.

Apoi am calculat drumul cel mai scurt. Gorila 2 + stramosul comun Om & Cimp 1 + OM 1 + Cimp 1 = 5.

Ce probleme ridica acest model?

  1. Prima problema este ca dificultatea operatiei creste exponential cu numarul de frunze. Puterea computerelor e limitata si arborele vietii este prea stufos.
  2. A doua problema este ca distanta observata este probabil mai mica decat distanta reala. De exemplu de unde stim ca T – ultima substitutie in secventa Om nu a fost mai intai C apoi T? De unde stim ca nu a avut loc o dubla substitutie? Cum calculam distanta reala (parental distance)? N.B. Diferenta intre om si cimpanzeu este prezentata uneori in valori diferite. Diferenta este intre distanta observata si distanta parentala dedusa.

  3. Cum putem calcula numarul de substitutii care a avut loc in istoria unei clade? Avem versiunea finala a textului dar nu avem ciornele.

  4. Au toate nucleotidele aceiasi rata de mutatii?

  5. Mutatiile conteaza numai la gameti. De aceea ceasurile moleculare par sa mearga mai repede la speciile cu viata mai scurta si rata de reproducere mai mare. Cum potrivim ceasurile in istoria vietii?

  6. Au existat in istoria vietii perioade cand ceasurile moleculare au mers mai repede? De exemplu in explozia din Cambrian?

  7. Care este relatia intre filogeneza moleculara si raportul fosilelor?

  8. Se poate experimenta macroevolutia in laborator (spoiler: Da).

Acestea sunt necunoscutele pe care vom cauta sa le rezolvam in prezentarile viitoare.

Cei putini, cei fericiti, cei vii

Modelele computationale in evolutia moleculara sunt ipoteze matematice. Aici trebuie sa fac doua precizari. Mai intai, ipotezele nu sunt derivate din observatie desi sunt verificate prin observatie. In al doilea rand, nu exista stiinta fara ipoteze.

O ipoteza verificata prin observatii devine o teorie, si o teorie confirmata prin testul falsificarii devine fapt stiintific. Un fapt stiintific este o teorie care a fost confirmata cu fiecare noua descoperire. Din acest motiv evolutia este un fapt stiintific, indiferent daca ne place sau nu.

Avem teorii si ipoteze care incearca sa explice evolutia. Pentru ca bioinformatica depinde de cea mai avansata tehnologie nu numai in secventa ADN dar si in computere, orice model computational este deocamdata ipotetic.

Aici avem un blocaj psihologic la crestinul conservator care este speculat de Intelligent Design. Orice ipoteza noua este o aventura intelectuala in necunoscut. Instinctele crestinului conservator sunt anti-aventuroase. El simte ca pierde terenul de sub picioare atunci cand nu are certitudini in alb-negru.

Argumentul principal impotriva heliocentrismului a fost acela ca era doar o ipoteza matematica. Ipoteza a devenit teorie numai dupa Newton, si nu a fost confirmata empiric decat in era spatiala. Sputnik a fost primul experiment uman cu legile lui Newton. Si totusi exista inca credinciosi geocentristi in toate religiile cartii. Este puterea instinctului. Istoria se repeta cu teoria evolutiei.

Sunt inca in circulatie carti si articole publicate acum doua decenii care sustineau ca genomul fiecarei specii este delimitat de granite impenetrabile, si ca genomul uman este radical diferit de al celorlalte vietuitoare. Notiunea ca omul este “un ordin diferit” este inca mentionata in literatura religioasa. (N. B. Omul este din ordinul primatelor deja de la Linnaeus). Un alt argument popular in literatuara creationista era acela ca omul din Neanderthal ar fi un doar Sapiens degenerat “din cauza pacatului”. Atunci cand biologia moleculara a confirmat inrudirea universala a lumii vii si diversitatea genului Homo, exponentii ID si YEC au uitat predictiile lor falsificate, la fel cum fusesera uitate predictiil mai vechi despre coloana geologica, placi tectonice, si datari radiometrice. La fel ca in cazurile precedente, a fost gasita o rationalizare superficiala si guerilla ID s-a mutat la frontierele stiintei evolutionare, unde ipoteze noi ofera un teren fecund pentru exploatarea fricii de necunoscut a crestinului conservator.

Voi caracteriza miscarea ID in cuvintele lui Nietzsche din Gay Science:

Among some pious people I found a hatred of reason and was well disposed to them for that; for this at least betrayed their bad intellectual conscience. But to stand in the midst of this rerum concordia discors [discordant concord of things] and of this whole marvelous uncertainty and rich ambiguity of existence without questioning, without trembling with the craving and the rapture of such questioning, without at least hating the person who questions, perhaps even finding him faintly amusing—that is what I feel to be contemptible…

Intr-adevar, fundamentalistul cel putin uraste ratiunea in mod deschis si isi inchide ochii la stiinta. ID-istul vede si nu se intreaba de unde si cum. Dimpotriva, el foloseste orice argument rational pentru a-l convinge pe fundamentalist sa-si inchida ochii ca oricum nu are ce vedea. Ratiunea este folosita impotriva curiozitatii intelectuale. Exista un singur raspuns: asa a vrut Dumnezeu. Restul este desertaciune si goana dupa vand – “that is what I feel to be contemptible…”.

In ce ne priveste, citez din aceiasi carte:

At long last the horizon appears free to us again, even if it should not be bright; at long last our ships may venture out again, venture out to face any danger; all the daring of the lover of knowledge is permitted again; the sea, our sea, lies open again; perhaps there has never yet been such an „open sea”.

Ceea ce se deschide in fata noastra este o aventura a cunoasterii cum nu era inca posibil acum doua decenii. Ma bucur ca nu am murit inainte ca acest orizont liber sa se deschida dincolo de Gibraltarul secolului. “We the few, we the happy, we band of brothers…” care am muscat din fructul cunoasterii oprite. Noi, cei vii. Cat despre morti, pot a-si ingroape mortii fara mine.

Algebra evolutiei

Dupa emisiunea Ceasuri moleculare, Sonata mi-a reprosat lipsa de claritate si Adrian Voiculescu a remarcat ca exista inca intrebari la care nu s-a raspuns. Voi incerca mai intai sa fiu mai clar. Apoi vom merge mai departe impreuna, intrebantu-ne si cautand raspunsuri.

Exista doua feluri de modele stiintifice: logico-conceptuale si matematice. De exemplu, arborele filogenetic formulat de Darwin este un model logico-conceptual. Arborele filogenetic molecular este un model matematic.

Acest model are la baza patru axiome:

1.Majoritatea mutatiilor sunt neutre din punct de vedere adaptativ insa duc la cresterea diversitatii (genetic drift, founder effect, bottleneck effect).
2.Cea mai comuna mutatie este substitutia unei nucleotide cu alta (substitutie moleculara).
3.Rata substitutiilor este constanta in istoria vietii (ceasuri moleculare).
4.Evolutia merge pe drumul cu numarul minim de substitutii (principiul parsimoniei).

Metoda consta in a alinia genomuri in secvente paralele si a construi matrici de distanta intre aceste secvente. Distanta intre doua secvente este data de numarul de substitutii in secventa originara. Pe baza matricilor de distanta si a ceasurilor moleculare se calculeaza toti arborii filogenetici posibili si este ales cel cu parsimonie maxima.

Sa alegem un exemplu simplu, pe care il vom rezolva manual. Avem mai jos trei secvente paralele de opt nucleotide, la gorila, om, si cimpanzeu.

Go
ACGTCGTA
Om
ACGTTCCT
Cimp
ACGTTTCG

Deja la prima vedere observam ca primele patru litere sunt comune la toate trei speciile, iar primele cinci la om si cimpanzeu. Plecam de la ipoteza ca secventele comune sunt mostenite de la stramosul comun. Pasul urmator este construirea matricii de distante.

Go-Om 4, Go-Cimp 4, Om-Cimp 2.

Avem deci patru substituii intre gorila si om, patru intre gorila si cimpamzeu, si doua intre om si cimpanzeu. Sarcina noastra este acum sa stabilim arborele filogenetic. Pentru aceasta, vom calcula euristic toti arborii filogenetici posibili si il vom alege pe cel cu parsimonie maxima.

Un arbore posibil ar fi acela ca Gorila, Cimpanzeul si Omul sunt trei crengi din acelasi nod, adica au evoluat in paralel dintr-un singur stramos comun. In aceasta ipoteza, fiecare secventa ar fi avut 4 mutatii, urmate de alte doua, una la om si alta la cimpanzeu. Asta implica 14 mutatii in total, adica numarul maxim posibil. Este parsimonia minima. O alta problema o constituie distanta de doua molecule intre om si cimpanzeu. Asta inseamna ca ceasul molecular ar fi mers cu o substitutie in plus la fiecare din cele doua fata de ceasul gorilei.

Sa consideram acum un alt scenariu. Gorila s-a despartit mai intai de linia stramosului comun al omului si al cimpanzeului prin doua substitutii. Stramosul comun om/cimp a suferit o substituie inainte de bifurcare, si apoi fiecare din cele doua specii a avut cate o substituie. Asta inseamna un numar de 5 mutatii si un ritm egal al ceasurilor moleculare pe parcursul procesului. Este drumul cu parsimonie maxima.

Vom determina deci arborele filogenetic cu doua noduri, primul la despartirea liniei gorilei de linia comuna, al doilea la bifurcarea omului si cimpanzeului. Lungimea crengilor in timp este direct proportionala cu numarul respectiv de substitutii moleculare.

Acum, o secventa de opt litere nu ar putea fi baza unei ipoteze. Este vorba insa de trei miliarde. Asta face ca probabilitatea sa depaseasca nivelul indoielii rezonabile. Pe de alta parte, analiza unei matrici atat de complexe nu se poate face manual, insa operatia este in principiu aceiasi.

Exista intrebari? Numele lor este legiune. Avem toate raspunsurile? Stiinta nu are niciodata toate raspunsurile. Adevarul este ca avem mai multe modele ale evolutiei moleculare la fel de valide. Acesta nu este insa un argument pentru scepticism intelectual. Intr-o zi vom avea raspunsuri la intrebarile prezente, dar raspunsurile vor da nastere la alte intrebari. Cunoasterea este o aventura, si aventurile nu sunt pentru cei care nu tolereaza incertitudini.

Vom explora in continuare certitudinile si incertitudinile evolutiei. Deocamdata am incercat doar sa fac mai clare cateva idei din prezentarea video.