Evolutionism teist?
27 iulie 2016 85 comentarii
Necunoscute in algebra evolutiei
8 iulie 2016 18 comentarii
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?
- Prima problema este ca dificultatea operatiei creste exponential cu numarul de frunze. Puterea computerelor e limitata si arborele vietii este prea stufos.
-
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.
-
Cum putem calcula numarul de substitutii care a avut loc in istoria unei clade? Avem versiunea finala a textului dar nu avem ciornele.
-
Au toate nucleotidele aceiasi rata de mutatii?
-
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?
-
Au existat in istoria vietii perioade cand ceasurile moleculare au mers mai repede? De exemplu in explozia din Cambrian?
-
Care este relatia intre filogeneza moleculara si raportul fosilelor?
-
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
6 iulie 2016 260 comentarii
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
28 iunie 2016 19 comentarii
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.
Este Steve Jobs tatal fiicei lui?
8 iunie 2016 67 comentarii
Atunci cand un test ADN a rezultat in probabiltatea de 94,1% ca Steven Jobs sa fie tatal biologic al Lisei Brennan, acesta a obiectat ca 28% din populatia de barbati a Statelor Unite aveau acelasi procent de probabilitate sa fie parintii fetitei.
Unde este greseala in argumentul lui Jobs? Sa ne imaginam ca Lisa a fost abandonata intr-o parcare. Pe baza secventelor de nucleotide pe care le au in comun, Jobs este identificat ca parintele probabil. Dar Jobs fiind Jobs, analizeaza distributia acelorasi secvente in toata populatia de barbati din US. Rezultatul este ca 28% dintre ei le au in comun. US avea o populatie de 222. 6 milioane cand s-a nascut Lisa, dintre care probabil cam 80 milioane barbati adulti. Probabilitatea ca Jobs sa fie unul dintre ei ar fi fost de 0.0000000125.
Numai ca Lisa nu a fost gasita in parcare. Lisa s-a nascut intr-o comuna hippi in Portland, Oregon, unde un cuplu de hippi, Steve Jobs si Chrisann Brennan, care incidental este si mama Lisei, traiau impreuna de cativa ani. Jobs ignora aceste aspecte ca simple contingente si se concentreaza asupra a ceea ce el considera caracterul defectos al analizei bio-moleculare. Dar tocmai aceste contingente valideaza cele 94,1 % procente, chiar daca exista alte 80 milioane variabile in distributia stochastica a probabilitatii.
Exemplul lui Jobs ne ajuta sa intelegem o eroare fundamentala in argumentul complexitatii ireductibile. Miscarea ID gaseste argumentele biologiei moleculare insuficient de convingatoare si arata la ceea ce ei gasesc a fi probabilitatea infinitezimala a dezvoltarii unui sistem complex prin mutatii repetate. Insa bioinformatica evolutionara nu este baza definirii evenimentelor majore in istoria vietii sau a cladelor in arborele filogenetic. Acestea au fost deja stabilite din raportul fosilelor si anatomia comparata. Datele moleculare aseaza doar probabilitatea acestor evenimente si relatii filogenetice dincolo de indoiala rezonabila.
Sonata pare sa cada in aceiasi capcana atunci cand defineste viata ca pe un sistem informational inchis. Informatia joaca aici rolul Ideii la Platon sau a Esentei la Aristotel. O astfel de filozofie va ignora descoperirea unei fosile intermediare, sau a unei serii de substitutii comune in doua genomuri bifurcate din acelasi nod filogenetic, ca simple contingente. Insa evolutia nu este altceva decat o serie de contingente care sfideaza orice predictie. De aproape patru miliarde de ani fluviul vietii curge in aceiasi directie fara alta lege decat cea a apei care isi gaseste todeauna o cale. De aproape doua secole navigam acest fluviu spre izvoarele lui eluzive, cartografiem albia si indexam epavele de pe maluri. Biologia moleculara este doar prima imersiune de scafandru spre fundul apei.
O alta tema majora in articolul sau este caracterul reductionist al biologiei moleculare. O sa ma intorc la cazul paternitatii lui Jobs, cu riscul de a va plictisi. Relatia lui cu Lisa este sarea si piperul in filmul care-i poarta numele, mergand de la melodrama la psihanaliza, pentru toate gusturile. Care este rolul biologiei moleculare? Raspunsul este simplu: a oferit proba finala a paternitatii lui Job, fara care nu aveam drama. Insa drama ca atare este subiectul filmului nu al analizei moleculare. O abordare determinist-genetica a vietii lui Jobs ar fi intr-adevar reductionista. Insa chiar daca cineva ar sustine ca Apple a fost pre-programat in ADN-ul lui Jobs, nu ar face biologie moleculara ci filozofie.
Atunci care este problema? Problema este ca pana la procesul din Dover acuzatia cea mai populara impotriva Teoriei Evolutiei a fost aceea ca TE nu este stiinta ci filosofie. Reprezentantii ideii Intelligent Design au adus aceasta teza in fata justitiei, sustinand in acelasi timp ca ID este motivat exclusiv de interes pentru stiinta (pauza pentru ras). Verdictul a fost exact invers. Evolutiei i s-a confirmat locul in clasa de biologie, in timp ce ID a fost limitat la clasa de filozofie.
ID si-a schimbat retorica dupa procesul din Dover. Problema cu TE nu mai este filozofia ci absenta ei. Acum ID vrea sa intre in clasa de biologie, nu ca stiinta, ci ca philosophia regina scientiarum ( si probabil ancilla theologiae), ca sa ne protejeze de reductionismul si materialismul stiintei fara metafizica. Un scop plin de bune intentii pe care l-au avut si inchizitorii lui Galileo.
Este gasca din neamul lebedei?
3 iunie 2016 51 comentarii
Eu si Sonata avem cel putin doua puncte comune. Amandoi suntem de acord ca clasificarea lumii vii in grupe concentrice: specie, gen, familie, ordin, clasa, increngatura, regn, este in ultima instanta arbitrara. Al doilea lucru in care suntem de comun acord este ca mutatiile selectate pozitiv sunt improbabile.
Aici drumurile noastre se despart. Pentru mine, caracterul relativ al taxonomiei traditionale este argumentul principal in favoarea maximei lui Dobzhansky: “In biologie nimic nu face sens decat in lumina evolutiei”, iar improbabilitatea mutatiilor este o dovada puternica in favoarea stramosului comun. Sonata, dimpotriva, gaseste aici piatra de poticnire a sintezei moderne.
Voi lua ca exemplu o alta piatra de poticnire, dintr-un alt fel de taxonomie: “Sa nu mancati Lebada si nimic din neamul ei”. Iti sta delicatesa in gat si ramai cu pumnul suspendat deasupra cepei cand cineva cu creierul circumcis te intreaba talmudic: “Nu este oare si gasca din neamul lebedei”? Raspunsul scurt este “Ba da”, desi singura mea problema este ca ce-i prea mult strica (ma refer la prea mult Leviticul). Raspunsul mai elaborat este “hai sa cautam in Wikipedia”. Cineva scoate un iPhone din buzunar si citeste ca gasca si lebada fac parte din aceiasi familie cu nume greu de pronuntat. QED. Gazda scoate tofu din frigider, cand cineva salveaza situatia: “Pe Moshe il stiu si de Wikipedia am auzit, dar cine este acest domn Linnaeus care a bagat gasca in neamul lebedei?” E clar. Dumnezeu a facut animalele dupa soiul lor, nu dupa un index cu nume latine inventat 5735 de ani mai tarziu. De ce am clasifica gasca in neamul lebedei si nu in al pasarilor de curte, alaturi de gaina, bibilica, si curcan? De ce sa nu asezam lebada in neamul berzei si al pasarilor de balta cu gatul lung, sau al pasarilor imaculate alaturi de egreta? Nu aseaza Leviticul liliacul in randul pasarilor necurate? Cine este Linnaeus sa inventeze clasa mamiferelor?
Aici intervine Dobzhansky: “In biologie nimic nu face sens decat in lumina evolutiei”. Va invit sa ganditi doar cateva minute ca un evolutionist. (Nu va temeti, nu va pune Satana stapanire pe mintea dumneavoastra). Biologul modern clasifica organismele dupa relatia lor cu cel mai apropiat stramos comun. Cuvantul cheie este aici clada – adica ramura. Aflam ca gasca si lebada fac parte din aceiasi clada – adica sunt ramurele pe aceiasi ramura a arborelui vietii. Aflam deasemenea ca aceasta clada origineaza in Cretacic – cand dinozaurii stapaneau lumea. Mai rau, speciile si genurile din familia Anatidae (neamul lebedei) obisnuiesc sa se hibrideaze intre ele dincolo de limitele genului. Gasca este din neamul lebedei.
Insa, va obiecta cineva, nu este cladistica doar o fantezie a biologilor astia fara dumnezeu, satanisti, si probabil homosexuali de closet? Aici ne intoarcem la cealalt aspect comun intre mine si Sonata: improbabilitatea mutatiilor selectate pozitiv. Imaginati-va ca doua grupe de organisme au in comun o mutatie improbabila asezata exact in acelasi loc. Aceleasi doua grupe au de asemenea in comun un procent de peste 80% secvente de ADN. Va intreb: ce este mai probabil? Ca aceaisi mutatie improbabila sa apara de doua ori in acelasi loc la doua grupe diferite, sau ca mutatia sa fi fost mostenita de ambele grupe de la stramosul comun?
Este principiul parcimoniei (parsimony). Evolutia “alege” drumul cel mai economic. Stramosul comun este stabilit pe baza numarului minim de evenimente evolutionare inregistrate in ADN sau raportul fosilelor. Asta face ca stabilirea stramosului comun sa fie o problema de probabilitate matematica. Ne vom ocupa mai mult de asta in articolele urmatoare. Ajunge deocamdata sa spun ca cladistica sta pe aceiasi baza moleculara ca stabilirea arborelui de familie sau a identitatii unui violator in stiinta forensica.
Voi oferi doar un exemplu de aplicarea a parcimoniei in cladistica fosilelor. Toate mamiferele au in comun doua oase ale urechii numite popular ciocanul si nicovala (incus si malleus). Reptilele au aceleasi oase, insa nu pentru auz, ci la incheietura falcii (quadrat si articular). Falca reptilelor are, cum se stie, o deschidere mai larga decat a mamiferelor, pentru ca reptilele nu mesteca prada, ci o inghit intreaga sau rupta in bucati. Daca mergem insa in timp adanc, descoperim ca mamiferele primitive, care incep sa-si dezvolte dentitie specializata si falci care mesteca hrana, pastreaza aceste doua oase in spatele incheieturii falcii. Pe masura ce inaintam in straturi geologice superioare, regasim aceleasi doua oase mai fine in pozitia in care se afla urechea.
Amintiti-va ca v-am cerut sa ganditi ca un evolutionist: care este calea cu minimum de evenimente evolutionare? Cea care implica aparitia perechii quadrat si articular/incus si malleus de doua ori, o data in falca reptilelor si a doua oara in urechea mamiferelor, sau evolutia oaselor la reptile si transmiterea lor ereditara, impreuna cu schimbarea functiei la mamifere? Si nu este vorba doar despre oasele urechii. Biologul modern nu judeca aici dupa intuitii sau filozofie personala, ci aplica principiul parcimoniei.
Acesta este pricipiul care sta la baza reconstituirii arborelui vietii din raportul fosilelor. Paleontologul cuantifica evenimentele evolutionare si alege drumul cel mai scurt de la o ramificatie la alta. Acelasi principiu este aplicat si in evolutia moleculara.
Dar cele cateva minute au trecut si nu va mai cere nimeni sa ganditi ca un evolutionist. Numai ca acum nimic nu mai face sens in biologie. Gasca si lebada sunt asa cum sunt pentru ca asa a vrut Dumnezeu. Respect credinta, dar unii dintre noi cred in unitatea rationala a lumii. Noi nu cerem insa respectul. Il castigam. Cat despre gasca, consumati-o mai rar si nu uitati exercitiul fizic.
oxigen2 
Comentarii recente