• 12 March 2021

Pochodzenie informacji genetycznej

Pochodzenie informacji genetycznej

Pochodzenie informacji genetycznej 960 590 Fundacja En Arche

Centralny dogmat biologii molekularnej jasno wskazuje, że DNA jest jednym z podstawowych rodzajów neutralnych kwasów nukleinowych leżącym u podstaw procesu biosyntezy białek, bowiem to właśnie informacja zawarta w DNA zostaje transkrybowana na RNA, który następnie ulega translacji, wskutek czego powstaje białko[1]. DNA jest związkiem chemicznym, który ma szczególne znaczenie w biologii, jednak jego wyjątkowa złożoność i funkcjonalność zostały docenione dopiero po długim czasie[2].

Jedną ze zdumiewających cech DNA pod względem chemicznym jest jego uporządkowana struktura, czyli podwójna helisa złożona z dwóch komplementarnych względem siebie łańcuchów nukleotydów. Każdy nukleotyd zaś składa się z cukru – deoksyrybozy, reszty kwasu fosforowego (V) oraz jednej z czterech zasad azotowych: adeniny, tyminy, cytozyny lub guaniny. Zasady te tworzą między sobą wiązania w taki sposób, że jeśli w jednym łańcuchu znajduje się adenina, to w łańcuchu komplementarnym po przeciwnej stronie jest  tymina. Cytozyna zaś jest komplementarna z guaniną. Już więc pod względem chemicznym DNA prezentuje wysoki stopień organizacji. Łańcuchy DNA są bardzo długie, gdyż wielokrotnie składają się z dziesiątek tysięcy par zasad, szczególnie u bardziej złożonych organizmów. Aby więc przechowywanie tego kwasu w jądrze było możliwe, nić DNA owija się wokół białek histonowych, upakowując się do bardziej skondensowanych form, a najbardziej skondensowaną formą jest chromosom metafazowy. Warto również zaznaczyć, że w warunkach fizjologicznych u człowieka już od samego poczęcia znajduje się aż 46 chromosomów w jądrze niemal każdej komórki organizmu[3], co pokazuje, jak wiele materiału genetycznego zawiera każda żywa komórka. Proces kondensacji łańcuchów DNA wymaga wielopoziomowej regulacji. Również samo utrzymanie tego kwasu w stabilnej formie jest zależne od aktywności wielu czynników, np. mechanizmów naprawy DNA. Regulacja biologiczna DNA wykazuje się więc podobnym stopniem złożoności jak jego budowa chemiczna[4].

Najistotniejszą jednak właściwością tego kwasu jest cecha, której nie da się wyjaśnić na gruncie nauk biologicznych czy chemicznych, a jest nią informacja. To właśnie informacyjna funkcja DNA, wraz z jego nieredukowalną i wyspecyfikowaną złożonością, mogą wskazywać na konieczność istnienia wcześniejszego planu oraz bardzo precyzyjnego wykonania tych skomplikowanych cząsteczek[5]. Fakt, że DNA jest nośnikiem informacji, stanowi podstawę współczesnej biologii molekularnej i ewolucyjnej, biochemii oraz wielu innych dyscyplin przyrodniczych, zaś w teorii informacji mówi się, że DNA jest niemal idealnym nośnikiem danych ze względu na trwałość zapisu oraz jego gęstość[6]. Na informacyjną rolę DNA zwracał również uwagę jeden z odkrywców podwójnej helisy DNA, Francis Crick, który był nie tylko biologiem molekularnym, ale także kryptologiem, co niewątpliwie pozwoliło mu rozszyfrować genetyczny „kod życia”. O historii odkrycia DNA oraz matematycznych podstawach biosyntezy białek opowiada tekst Piotra Kublickiego pt. Zagadka pochodzenia informacji biologicznej, zamieszczony na stronie „W Poszukiwaniu Projektu”.

Autor zwraca uwagę, że sama budowa DNA oraz sterujące jego funkcjami procesy biochemiczne i fizjologiczne nie wyjaśniają informacyjnej natury tego kwasu. Informacja bowiem – w świetle teorii informacji – jest właściwością charakterystyczną dla inteligencji. Budowa i działanie DNA pozwalające na jego funkcję przechowywania informacji to jedno, a zawarcie w nim złożonej i przede wszystkim sensownej biologicznie informacji, to coś zupełnie innego. Nawet jeśli pochodzenie DNA mogłoby być wyjaśnione ewolucyjnie, to wyjaśnienie pochodzenia zawartej w nim sensownej informacji, już tak proste nie jest, przede wszystkim ze względu na fakt, że „informacja powstaje zwykle wskutek świadomej aktywności”[7], a kodowanie i przetwarzanie informacji jest charakterystyczne dla umysłu lub inteligencji[8], a nie dla przypadkowych – choć nawet złożonych i zdumiewających – procesów. Kublicki za Paulem Daviesem zauważa: „informacja semantyczna to koncept wyższego rzędu, który nie ma sensu na poziomie molekuł, bowiem sama chemia – choćby była bardzo złożona – nie jest w stanie wytworzyć kodu genetycznego czy instrukcji zależnych od kontekstu”[9]. Autor zwraca uwagę, że wyjaśnienie pochodzenia informacji genetycznej mogłoby prowadzić nie tylko do wyjaśnienia pochodzenia życia, ale również jego różnicowania się. W tym celu nawiązuje do eksplozji kambryjskiej, kiedy to w geologicznie bardzo krótkim okresie nastąpiło gwałtowne różnicowanie organizmów na wielu poziomach taksonomicznych[10]. Zauważa przy tym, że różnicowanie dotyczy nie tylko materiału genetycznego, ale również znacznie wyższych poziomów, takich jak białka, organy czy całe plany budowy ciała. Według autora wyjaśnienie eksplozji kambryjskiej wymaga nie tylko wyjaśnienia pochodzenia i różnicowania informacji genetycznej, ale również informacji na wyższych poziomach genetycznej hierarchii, również epigenetycznych, a zgodnie z obecnym stanem wiedzy najlepszym wyjaśnieniem pochodzenia informacji biologicznej jest inteligencja.

 

Literatura

  1. Czy gatunki mogą się pojawiać nagle?, „Blog Fundacji En Arche” 2021 [dostęp 12 III 2021].
  2. Evolution News, Trendy w filozofii nauki. Co oznacza „informacja semantyczna”?, tłum. R. Olender, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 12 III 2021].
  3. Gabryelska M.M., Szymański M., Barciszewski J., DNA – cząsteczka, która zmieniła naukę. Krótka historia odkryć, „Nauka” 2009, t. 2, s. 117‒134 [dostęp 12 III 2021].
  4. Jurgowiak M., Oliński R., Dwulicowy uracyl, „Wiedza i Życie” 2011, nr 1 [dostęp 12 III 2021]
  5. Kublicki P., Zagadka pochodzenia informacji biologicznej, „W Poszukiwaniu Projektu” 2021 [dostęp 12 III 2021].
  6. Martineau K., Researchers Store Computer Operating System and Short Movie on DNA, „Columbia University: Data Science Institute” 2017 [dostęp 12 III 2021].
  7. Meyer S.C., DNA a pochodzenie życia. Informacja, specyfikacja i wyjaśnienie, tłum. D. Sagan, „Filozoficzne Aspekty Genezy” 2005/2006, t. 2/3, s. 133‒215 [dostęp 12 III 2021].
  8. Moll J., DNA to idealny nośnik danych, „Tylko Nauka” 2017 [dostęp 12 III 2021].
  9. Myc A., Wzloty i upadki dogmatów naukowych, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 12 III 2021].
  10. Olender R., Łańcuch DNA jako przykład projektu, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 12 III 2021].
  11. Przybyłowicz P., Wstęp do teorii informacji i kodowania, „Centrum Modelowania Matematycznego Sigma” 2008, s. 1–9 [dostęp 12 III 2021].
  12. Quastler H., The Emergence of Biological Organization, New Haven 1964.
  13. Roskal Z., Prehistoria odkrycia struktury DNA, „Filozofia przyrody: Cosmotheoros – Blog Zenona Roskala” 2018 [dostęp 12 III 2021].
  14. Stryer L., Berg J., Tymoczko J., Biochemia, Warszawa 2011.

[1] Por. M.M. Gabryelska, M. Szymański, J. Barciszewski, DNA – cząsteczka, która zmieniła naukę. Krótka historia odkryć, „Nauka” 2009, t. 2, s. 117-134 [dostęp 12 III 2021]; A. Myc, Wzloty i upadki dogmatów naukowych, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 12 III 2021].

[2] Por. Z. Roskal, Prehistoria odkrycia struktury DNA, „Filozofia przyrody: Cosmotheoros – Blog Zenona Roskala” 2018 [dostęp 12 III 2021].

[3] Wyjątkami są m.in. gamety, które po podziale mejotycznym zawierają nie 46 chromosomów, ale 46 połówek chromosomów.

[4] Por. L. Stryer, J. Berg, J. Tymoczko, Biochemia, Warszawa 2011, s. 81–84; M. Jurgowiak, R. Oliński, Dwulicowy uracyl, „Wiedza i Życie” 2011, nr 1 [dostęp 12 III 2021]

[5] Por. S.C. Meyer, DNA a pochodzenie życia. Informacja, specyfikacja i wyjaśnienie, tłum. D. Sagan, „Filozoficzne Aspekty Genezy” 2005/2006, t. 2/3, s. 140-157 [133-215] [dostęp 12 III 2021]; R. Olender, Łańcuch DNA jako przykład projektu, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 12 III 2021].

[6] Por. J. Moll., DNA to idealny nośnik danych, „Tylko Nauka” 2017 [dostęp 12 III 2021]; K. Martineau, Researchers Store Computer Operating System and Short Movie on DNA, „Columbia University: Data Science Institute” 2017 [dostęp 12 III 2021].

[7] H. Quastler, The Emergence of Biological Organization, New Haven 1964, s. 16.

[8] Por. P. Przybyłowicz, Wstęp do teorii Informacji i kodowania, „Centrum Modelowania Matematycznego Sigma” 2008, s. 1 [1–9] [dostęp 12 III 2021]; Evolution News, Trendy w filozofii nauki. Co oznacza „informacja semantyczna”?, tłum. R. Olender, „W Poszukiwaniu Projektu” 2020 [dostęp 12 III 2021].

[9] Cyt za: P. Kublicki, Zagadka pochodzenia informacji biologicznej, „W Poszukiwaniu Projektu” 2021 [dostęp 12 III 2021].

[10] Por. Czy gatunki mogą się pojawiać nagle?, „Blog Fundacji En Arche” 2021 [dostęp 12 III 2021].