Kronikk: Evolusjon og proteiner

Kreasjonistene må velge mellom pest eller kolera når de forholder seg til evolusjon og proteiner, skriver Ole Jørgen Anfindsen i denne kommentaren.

Publisert

Dette er artikkel nummer to i en serie om evolusjonsteoriens troverdighet. Første artikkel gjennomgår en del begreper og filosofiske forutsetninger som bør være på plass dersom problemstillingene skal kunne drøftes på en saklig og ryddig måte.

Nedenfor skal vi se på hvordan systematiske variasjoner i visse typer proteiner hos ulike arter bekrefter evolusjonsteoriens påstand om disses felles avstamning.

Allestedsnærværende proteiner

Proteiner er en viktig type biologiske molekyler. Et protein er bygd opp som en kjede av såkalte aminosyrer. Det finnes nøyaktig 20 aminosyrer som inngår i proteiner, og ved å koble disse sammen i forskjellige rekkefølger får man ulike proteiner med ulike egenskaper (blant annet på grunn av ulik tredimensjonal utforming). Proteiner består gjerne av alt fra noen titalls til flere hundre aminosyrer.

Dette betyr at antallet av ulike proteiner som kan dannes er ufattelig stort. Man trenger for eksempel bare en kjede med litt over 60 aminosyrer før antall kombinasjonsmuligheter overstiger antall atomer i det kjente univers (som er sånn omtrent en million trilliarder trilliarder trilliarder, eller 10 opphøyd i 79, se for eksempel denne nettsiden.

Legger man på noen titalls aminosyrer til, øker antall kombinasjonsmuligheter ytterligere med trilliarder ganger trilliarder ganger trilliarder.

Med mulighet for å bygge opp proteiner som består av hundrevis av aminosyrer, blir antall kombinasjonsmuligheter hinsides alt vi er i stand til å forestille oss. Jeg understreker dette med det enorme antallet ulike proteiner som finnes, fordi det er viktig for å forstå noen av de argumentene som kommer nedenfor.

Livet, slik vi kjenner det, kan ikke ekstistere uten proteiner. Alle levende organismer, enten de er bakterier, sopp, planter, fisk, krypdyr, fugler, mennesker, amøber eller noe annet, er avhengige av proteiner for å fungere.

Noen proteiner opptrer bare hos visse arter, mens andre proteiner er felles for alle arter. Proteiner som finnes hos alle arter, kalles allestedsnærværende proteiner (engelsk: ubiquitous proteins).

Ett av de best kjente allestedsnærværende proteiner heter cytokrom c. Det spiller en sentral rolle når det gjelder energiomsetning i cellene til alle levende organismer.

Det er interessant å legge merke til at cytokrom c, i likhet med andre allestedsnærværende proteiner, forekommer i mange varianter. Og, som vi snart skal se, har nettopp dette med ulike varianter av cytokrom c spesiell relevans i forbindelse med evolusjon.

Et cytokrom c-protein består vanligvis av 104 aminosyrer. Det viser seg imidlertid at man kan gå inn på en rekke av de 104 posisjonene og bytte ut en aminosyre med en annen, og likevel få et cytokrom c-protein som oppfører seg identisk, eller nesten identisk, med det opprinnelige (dette forutsetter at den tredimensjonale strukturen på cytokrom c-proteinet ikke endres).

Det er altså ikke slik at enhver kombinasjon av 104 aminosyrer blir et fungerende cytokrom c-protein. Tvert imot, så ser det ut til å være mindre enn en trilliarddel av en trilliarddel av alle sammensetninger av 104 aminosyrer som er “brukbare” i denne sammenheng.

Så da kan det ikke være så veldig mange brukbare kombinasjoner som gjenstår, tenker du kanskje. Men her kommer dette med de enormt store tallene inn i bildet igjen. Det er faktisk estimert at det i hvert fall finnes mer enn 10 opphøyd i 93 mulige, funksjonelle cytokrom c-aminosyresekvenser.

Merk at store tall skrives som såkalte tierpotenser, og at nevnte 10 opphøyd i 93 er det samme som et 1-tall etterfulgt av 93 nuller (hvilket jo ville ha vært helt upraktisk å skrive på den vanlige måten).

Det finnes altså et ufattelig stort antall mulige variasjoner av cytokrom c-proteiner, men nøyaktig hvor mange av disse som faktisk forekommer i naturen - det er det ingen som vet svaret på.

Grunnen til dette er enkel. Dels er det ingen som vet nøyaktig hvor mange arter som finnes på jorden (de fleste tror det finnes noen titalls millioner - og nye oppdages hvert år). Dels har man ikke rukket å undersøke cytokrom c-proteinene til alle de ca 1,5 millioner arter som faktisk er kartlagt.

Vi har altså ikke full oversikt over bruken av cytokrom c-proteiner i naturen, men vi snakker utvilsomt om tusenvis av ulike varianter av cytokrom c, sannsynligvis om millioner av varianter.

Det er viktig å merke seg at forekomsten av disse mange variantene av cytokrom c-proteinene er alt annet enn tilfeldig; det følger et bestemt mønster. Man kunne tenke seg mange mulige mønster som fordelingen av cytokrom c-variantene kunne følge.

For eksempel kunne man tenke seg at dyr som har behov for spesielt hurtige muskelbevegelser, har nært beslektede cytokrom c-proteiner. Eller at dyr som lever i de samme miljøene, eller fyller de samme økologiske nisjene, eller spiser den samme type mat, har nært beslektede cytokrom c-proteiner. Og så videre.

Slik er det imidlertid ikke. Det eneste mønsteret man hittil har klart å finne, er at fordelingen av cytokrom c-proteiner i det store og hele samsvarer med evolusjonære slektskap.

Evolusjonistene har altså i mer enn 100 år arbeidet med å kartlegge hvilke evolusjonære slektskap som gjelder mellom arter og grupper av arter.

Så, i nyere tid, får forskerne metoder som gjør det mulig å finne ut hvordan organismene er skrudd sammen på molekylnivå. Da er det jo ganske så interessant å finne ut om de nye resultatene stemmer overens med de gamle.

Vi kunne ha risikert at resultater fra molekylærbiologien hadde kullkastet de gamle resultatene som var basert på sammenligninger av helt andre fysiologiske karakteristika. Eller vi kunne ha risikert at man måtte ta ibruk ganske anstrengte forklaringsmodeller for å få de nye dataene til “å passe” med de gamle.

Men slik gikk det altså ikke. Vi fikk data som stemte meget bra med de gamle. Riktignok har man fått noen overraskelser her og der, men i hovedsak har man fått en flott bekreftelse på at man hele tiden har vært på rett spor. For et enkelt og greit eksempel på bestemmelse av evolusjonært slektskap basert på sammenligninger av cytokrom c-varianter, se her.

Hva sier kreasjonistene til dette?

Kreasjonistene sier i hovedsak to ting til dette.

For det første sier noen kreasjonister at det er feil at undersøkelser av cytokrom c og andre proteiner gir støtte til det livets tre som evolusjonistene opererer med.

For det andre sier en del kreasjonister at selv om de molekylære dataene stemmer forholdsvis bra med evolusjonsteorien, så er det slett ikke noe bevis for at evolusjonsteorien er sann.

Den ene innvendingen går altså på det naturvitenskapelige plan, den andre går på det filosofiske plan. La oss se litt på begge deler.

Den første typen innvendinger har jeg problemer med å ta helt alvorlig, og så langt jeg kan bedømme, er kreasjonistene på temmelig tynn is. For en drøftelse av denne type innvendinger, se for eksempel her og her.

Lesere som ønsker å undersøke nærmere hvilke argumenter kreasjonistene benytter, anbefales å se på en debatt som ble gjennomført mellom kreasjonister og evolusjonister i USA i 2002 og 2003. Les mer om debatten her.

Noen av leserne vil nok ha problemer med å forstå alle argumentene som benyttes. Men i så fall kan det være interessant ganske enkelt å fokusere på argumentasjonsteknikk og stil hos de to partene: Hvem er trygg, saklig og nøktern? Hvem er desperat, krampaktig og urimelig?

Begge parter i denne debatten har forøvrig nettsteder med en rekke artikler og linker til relatert stoff, så interesserte lesere anbefales å ta en titt.

Så var det den andre typen innvending, nemlig den at selv om de molekylære dataene stemmer forholdsvis bra med evolusjonsteorien, så er ikke det nødvendigvis noe bevis for at evolusjonsteorien er sann. Det vil kanskje overraske leserne, men i prinsippet er jeg enig i dette.

Her har vi etter min vurdering en ganske god illustrasjon på dette med positivisme som Jon Kvalbein gjorde til et helt sentralt poeng i sine angrep på evolusjonistene i Aftenposten de siste månedene i 2003.

Den som forventer, eller forlanger, en naturlig forklaring på alt vi observerer i verden, har grunn til å hevde at variasjonsmønsteret for cytokrom c hos ulike arter gir en god bekreftelse på evolusjonsteorien. Men en kreasjonist kan avfeie dette med å si at det var tilfeldigvis slik Skaperen valgte å gjøre det. Han kan ha hatt sine grunner for å gjøre det slik, vi vet ikke, men dette beviser altså ikke at artene har utviklet seg fra et felles opphav.

På denne måten er det, i prinsippet, mulig å avvise absolutt hva som helst innen naturvitenskap som man ikke liker. Men kreasjonister bruker denne framgangsmåten med en viss forsiktighet, for de innser at det noen ganger blir for ekstremt (for eksempel når man drøfter jordens alder). Men når det gjelder dette med cytokrom c og evolusjon, tror jeg mange kreasjonister føler at de har grunn til å bruke dette argumentet. La oss se litt på nærmere på dette.

Dersom en kreasjonist altså godtar at de observerte data stemmer med evolusjonsteorien, men likevel fastholder at denne er feilaktig, så har vedkommende et visst forklaringsproblem. For hva kan det komme av at Skaperen, som fritt kunne velge mellom 10 opphøyd i 93 ulike varianter av cytokrom c for de ulike artene, valgte slik han gjorde?

Kanskje Skaperen ikke kunne velge helt fritt likevel? Kanskje det ikke stemmer at ulike varianter av cytokrom c ville ha gjort samme nytten for en gitt art? Dette spørsmålet er interessant enten man er kreasjonist eller evolusjonist, og forskere har gjennomført eksperimenter som belyser det.

Informasjon om hvilke aminosyrer som skal benyttes for å bygge opp ulike proteiner, finnes i en organismes DNA-molekyler i form av gener. Hvert protein har sitt gen. Det er blitt gjennomført eksperimenter der gjærceller har fått fjernet sitt cytokrom c-gen (altså det genet som koder for cytokrom c-proteinet) og erstattet det med et fremmed cytokrom c-gen fra henholdsvis tunfisk, due, hest, flue, rotte eller menneske.

I alle disse tilfellene har altså den aktuelle gjærcellen gitt seg i kast med å produsere cytokrom c-proteiner som inneholder andre aminosyrer enn det den vanligvis benytter, men i alle tilfellene har dette fungert greit; cytokrom c-proteinene har gjort jobben sin inne i gjærcellen selv om de kom fra helt andre arter.

Nå kan det selvsagt tenkes at nevnte forsøk ikke har vært omfattende nok. Kanskje det ville ha blitt avdekket problemer med de genmodifiserte gjærcellene dersom man hadde gått grundigere til verks? Kanskje det ville ha blitt avdekket problemer dersom man tok for seg andre kombinasjoner av arter enn de som er nevnt ovenfor?

Vel, helt sikker på dette kan man ikke være. Det vi vet, er at mer enn 40 års forskning ikke har klart å finne vesentlige funksjonelle forskjeller mellom de ulike variantene av cytokrom c-proteiner. Dette bør i det minste være et tankekors for kreasjonistene. For dersom det altså ikke er funksjonelle forskjeller her, hva kan da forklaringen være på det mønsteret vi faktisk observerer?

Menneskets evolusjon

Evolusjonister hevder at mennesker og aper er i nær slekt med hverandre. Merk at man ikke påstår at mennesker stammer fra noen av de nålevende apeartene, bare at vi har felles forfedre. Spesielt hevder evolusjonister at mennesker og sjimpanser er nært beslektet.

Et naturlig spørsmål i denne artikkelen er derfor hvordan det er med cytokrom c-proteiner hos mennesker og sjimpanser; ligner de hverandre? Svaret er at mennesker og sjimpanser har identiske cytokrom c-proteiner; ikke én eneste av de 104 aminosyrene er forskjellige. Samtidig finnes det, så vidt jeg vet, ingen andre arter som har akkurat denne varianten av cytrokrom c-proteiner.

Kreasjonister tvinges til å avfeie dette som uvesentlig i forhold til menneskets evolusjon, men det er et standpunkt de er alene om. For hvorfor i all verden skulle akkurat mennesker og sjimpanser ha identiske cytokrom c-proteiner, om det ikke nettopp er fordi vi er i nær slekt med hverandre?

Vel, kreasjonistene kan argumentere med at mennesker og sjimpanser har så mange fysiologiske likheter at Skaperen fant ut at vi trengte identiske cytokrom c-proteiner (ikke særlig sannsynlig gitt at ulike varianter av dette proteinet gjør samme nytten; se drøftelse ovenfor).

I så fall bør kreasjonistene også kommentere hvorfor sjimpansene har behov for de samme cytokrom c-proteinene som oss mennesker, mens deres nære slektninger gorilla og orangutang klarer seg med andre varianter av dette proteinet. For er det ikke ganske så påfallende, fra et kreasjonistisk perspektiv, at sjimpanser, på molekylært nivå, er nærmere i slekt med oss mennesker enn de er med gorilla og orangutang?

Ytterligere utfordringer på DNA-nivå

Men problemene for kreasjonistene stopper ikke her, de fortsetter med full styrke når vi beveger oss fra proteiner til gener. Som nevnt ovenfor, er det slik at oppskriften til et protein finnes i form av et gen. Gener er lagret i DNA-molekylene (kromosomene) til en organisme, og informasjonen som genene inneholder er kodet ved hjelp av fire såkalte baser (disse fire basene angis gjerne med bokstavene A, C, G, T).

Her kommer en kjapp og forenklet forklaring på en bestemt sammenheng som eksisterer mellom gener og proteiner. Husk at det finnes 20 aminosyrer som brukes som byggesteiner i proteinene. Når et gen skal angi en av disse 20 aminosyrene, gjør det det ved hjelp av et visst antall av ovennevnte baser (som kan betraktes som bokstavene i DNA-alfabetet).

Hvor mange slike base-bokstaver må man bruke for entydig å kunne angi en aminosyre? Svar: minst tre. Hvorfor det? Jo, en base gir fire muligheter, to baser gir 4x4 = 16 muligheter (som ikke er nok, gitt at vi har 20 aminosyrer å velge mellom), mens tre baser gir 4x4x4 = 64 kombinasjonsmuligheter (som altså er mer enn nok). En slik sekvens av tre baser kalles et kodon.

Og i naturen er det nettopp slik at nøyaktig tre baser brukes i et gen for å angi en aminosyre. Men det betyr at vi bruker 64 ulike koder for å angi 20 forskjellige aminosyrer, noe som medfører at vi har såkalt redundans (les: sløsing med plassen) i overgangen mellom gener og proteiner. En annen måte å si det samme på, er at det finnes gjennomsnittlig omtrent tre (64 delt på 20) ulike kodon som angir den samme aminosyren.

Så hvor mange ulike gener finnes det som vil kode for nøyaktig den samme sekvensen av 104 aminosyrer som det vi finner i cytokrom c hos mennesker og sjimpanser? Svar: det finnes omtrent 3 opphøyd i 104 = 10 opphøyd i 49 slike gener (ti millioner trilliarder trilliarder).

Og nå kan vi se hvorfor dette er et problem for kreasjonistene. Av de ti millioner trilliarder trilliarder ulike gener Skaperen kunne ha brukt for å utstyre sjimpanser og mennesker med identiske cytokrom c-proteiner, så viser det seg at han valgte gener som er identiske med unntak av én base. Altså, 103 av cytokrom c-genenes kodon er identiske hos sjimpanser og mennesker, mens ett kodon er ulikt.

På dette punktet regner jeg med at i hvert fall noen av mine eventuelle kreasjonistiske lesere er på bristepunktet av indignasjon. Disse vil si, antar jeg, at selvsagt er det ikke slik at kreasjonister hevder at Skaperen valgte å utstyre mennesker og sjimpanser med identiske cytokrom c-proteiner, mens han valgte å la genene som koder for disse proteinene være ørlite grann forskjellige hos de to artene, sånn nærmest for å spille oss et puss.

Neivel, så disse kreasjonistene ønsker kanskje heller å hevde at sjimpanser og mennesker fra skapelsen av var utstyrt med identiske cytokrom c-gener, men at den ene basen som nå skiller oss er blitt endret ved hjelp av en mutasjon? I så fall er kreasjonister og evolusjonister helt enige på dette siste punktet. En mutasjon er den eneste rimelige forklaringen på den ene basen som er ulik i cytokrom c-genene hos sjimpanser og mennesker.

Men dersom kreasjonister er villige til å forklare forskjellen i cytokrom c mellom sjimpanse og menneske ved mutasjon, hva da med den litt større (!) forskjellen i cytokrom c som finnes mellom sjimpanse og gorilla eller mellom sjimpanse og orangutang? Skyldes også disse forskjellene mutasjoner?

Ovenstående spørsmål høres kanskje uskyldige ut, men de er ikke det. For hvis kreasjonistene er villige til å trekke inn mutasjoner også der hvor forskjellene mellom cytokrom c-gener er mer enn bare en base eller to, hvor har de da tenkt å stoppe?

Det vil være vanskelig for dem å si hvilke forskjeller som skyldes mutasjoner og hvilke som er planlagt fra Skaperen, ganske enkelt fordi et slikt skille vil oppleves kunstig, samme hvor skillet settes. Så uansett hva kreasjonistene velger å svare, får de problemer.

De får problemer fordi de hele tiden forsøker å vri seg unna det som enhver nøytral observatør vil se at følger som en nærmest innlysende konklusjon ut fra de foreliggende molekylærbiologiske data, nemlig at en evolusjon faktisk har funnet sted.

Oppsummering og konklusjoner

Fordelingen av cytokrom c-varianter mellom ulike arter gir i det store og hele uavhengig bekreftelse på de evolusjonære slektskap forskerne hadde funnet fram til på andre måter, lenge før molekylærbiologiens tid. En slik uavhengig bekreftelse er meget viktig innenfor all naturvitenskap, og for evolusjonsteoriens vedkommende representerer dette en stor triumf.

Kreasjonistene må velge mellom pest eller kolera når de forholder seg til disse tingene. De kan velge å hevde at ting bare er som de er fordi Skaperen valgte å gjøre det slik, eller de kan trekke inn naturlige forklaringer der de måtte føle behov for det. I begge tilfeller ender de opp med mildt sagt anstrengte forklaringsmodeller.

Etter min mening finnes det molekylærbiologiske argumenter for evolusjonsteorien som er enda mer overbevisende enn de som er presentert ovenfor, og som dessuten er enda mer immune mot kreasjonistenes argumenter knyttet til positivisme. Jeg kommer tilbake til dette i en eller flere senere artikler her på forskning.no.

Kilder og forbehold

Ovenstående framstilling bygger primært på Dr. Douglas Theobalds artikkel 29 Evidences for Macroevolution - part 4: the molecular sequence evidence, tilgjengelig fra det prisbelønte nettstedet TalkOrigins.org.

Forøvrig har jeg benyttet en rekke sekundære kilder. Noen er referert som linker i teksten, andre finnes på TalkOrigins.org, og mange av dem finnes i den generelle litteraturen om evolusjonsteori og kreasjonisme.

Undertegnede er ikke biolog, men informatiker med interesse for evolusjonsteori og bioinformatikk. Jeg er ingen ekspert på molekylærbiologi, men har forsøkt å holde meg til de deler av evolusjonsteori og molekylærbiologi jeg behersker. Dersom det oppdages feil i artikkelen, vil jeg sette pris på å bli kontaktet, slik at dette kan korrigeres.