Genocentryzm versus teoria systemów rozwojowych. Dwa konkurencyjne sposoby rozumienia informacji w biologii współczesnej

Semina Nr 16 Scientiarum 2017 s. 67–93 DOI: http://dx.doi.org/10.15633/ss.2485 Radosław Siedliński Genocentryzm versus teoria systemów rozwojowych. Dwa konkurencyjne sposoby rozumienia informacji w biologii współczesnej Obserwacja rozwoju dowolnego żywego organizmu napawa nas zdumieniem: jak to możliwe, że pojedyncza komórka jajowa jest w stanie, poprzez szereg podziałów, rozwinąć się do postaci embrionu, który następnie przekształca się w kompletny, nieprawdopodobnie złożony organizm? Zdumienie to prowadzi z kolei do zadania pytania o mechanizmy tak niebywałej przemiany. Jak jest ona możliwa? Jakie czynniki ją determinują? Mamy tu do czynienia ze szczegółową postacią ogólniejszego zagadnienia: jakie jest źródło porządku w biosferze? Na pytanie to udzielano rozmaitych odpowiedzi. Wskazywano na udział czynnika celowo działającego w świecie (William Paley), odwoływano się do ślepego mechanizmu doboru naturalnego (Karol Darwin), sugerowano działanie praw fizyki (D’Arcy Thompson), zwracano uwagę na zjawisko emergencji (Charlie Dunbar Broad). W latach pięćdziesiątych XX wieku pod wpływem inspiracji czerpanych z obszaru teorii informacji oraz cybernetyki udzielono odpowiedzi specyficznej: czynnikiem determinującym jest i n f o r m a c j a. Układy żywe tym się różnią od nieożywionych, że są kontrolowane przez informację, która podlega ciągłej modyfikacji oraz historycznej kumulacji, natomiast z pokolenia na pokolenie jest przekazywana drogą 68 Radosław Siedliński genetyczną. W tym samym czasie opisano przestrzenną strukturę DNA (Francis Crick, James Watson), nieco później zaś ścisłą zależność między nią a strukturą łańcuchów białkowych (Heinrich Matthaei, Marshall Nirenberg). Po tych przełomowych odkryciach stopniowo upowszechniła się idea, że informacja determinująca rozwój osobniczy (ontogenezę) organizmu jest zapisana w sekwencjach nukleotydów tworzących łańcuch DNA. Tym samym informacja rozwojowa została utożsamiona z molekularną informacją genetyczną. Sposób myślenia o świecie ożywionym zdominowany został przez model genocentryczny, który w połowie lat sześćdziesiątych XX wieku był już dobrze ukształtowaną strukturą epistemologiczną1. Za jego fundamenty uznać można przypisywanie cząsteczce DNA dwóch cech, którymi są: z d o l n o ś ć d o r e p l i k o w a n i a s a m e j s i e b i e o r a z z d o l n o ś ć d o b u d o w a n i a i n n y c h c z ą s t ec z e k. Przekonanie o występowaniu obu cech, aczkolwiek powszechne, jest fałszywe2. Uzupełnione sformułowaną jeszcze na początku lat sześćdziesiątych ideą tzw. programu genetycznego, głoszącą, iż „genom zawiera nie tylko zestaw planów budowy [organizmu], lecz również skoordynowany program syntezy białek wraz ze środkami kontrolującymi jego wykonanie”3, konstytuują zaś paradygmat genocentryczny obowiązujący we współczesnej biologii4. W jego ramach molekularnie rozumiane geny obdarzono wyjątkową mocą sprawczą, zadanie kompletnego opisania ludzkiego genomu uznano zaś za „Święty Graal” biologii5. Amerykański ewolucjonista i genetyk Richard Lewontin podsumował taką sytuację słowami: „Bio1 Zob. S. M. Downes, Biological Information, w: The Philosophy of Science: An Encyclopedia, ed. S. Sarkar, J. Pfeifer, New York 2004, s. 64–68. 2 Zob. R. Lewontin, It ain’t Necessarily so. The Dream of the Human Genome and Other Illusions, New York 2001, s. 139–141. 3 F. Jacob, J. Monod, Genetic Regulatory Mechanisms in the Synthesis of Proteins, „Journal of Molecular Biology” 3 (1961) iss. 3, s. 354 (jeśli nie zaznaczono inaczej, tłum. własne). 4 Zob. P. Łuków, C. Żekanowski, Pojęcie genu i genocentryczny paradygmat biologii, „Przegląd Filozoficzny” 14 (2005) nr 53, s. 85–105. 5 Zob. W. Gilbert, A Vision of the Grail, w: The Code of Codes. Scientific and Social Issues in the Human Genome Project, ed. D. J. Kevles, L. Hood, Cambridge 1992, s. 83–97. Genocentryzm versus teoria systemów rozwojowych… 69 logia molekularna jest dziś religią, a biologowie molekularni są jej prorokami”6. W centrum współczesnej biologii znajduje się zatem pojęcie informacji, bez którego trudno wyobrazić sobie dziś uprawianie wielu kluczowych dyscyplin biologicznych. Przy jego pomocy można scharakteryzować zarówno rozmaite typy procesów biologicznych, jak i dyscypliny je badające7. Z tej perspektywy np. b i o l o g i a m o l e k u l a r n a zajmuje się badaniem sposobu, w jaki informacja zapisana w DNA wykorzystywana jest do budowania białek; b i o l o g i a r o z w o j u bada, jak informacja genetyczna kształtuje fenotyp od postaci zygoty aż do dorosłego osobnika; b i o l o g i a e w o l u c y j n a stara się odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób informacja genetyczna w ogóle została zapisana w DNA w takiej, a nie innej postaci oraz jak zmienia się ona w czasie. Również sedno badań nad b i o g e n e z ą można wyrazić w postaci pytania o pochodzenie informacji genetycznej8. Jednak pomimo powszechnego w biologii operowania pojęciem informacji, ustalenie, co dokładnie się pod nim kryje, nastręcza wielu kłopotów i jest wciąż przedmiotem debat. Wydaje się, że najmniej kontrowersyjnym i najlepiej poznanym mechanizmem informacyjnym obecnym w świecie ożywionym jest funkcjonowanie tzw. kodu genetycznego9. Mianem tym opatrzono stałą zależność między kolejnością nukleotydów w łańcuchu DNA a kolejnością aminokwasów w łańcuchu białkowym. Dokładniej rzecz ujmując: łańcuch DNA zbudowany jest z czterech typów nukleotydów (A, C, G, T), których kolejne trójki (tzw. tryplety lub kodony) odpowiadają poszczególnym aminokwasom będącym komponentami łańcucha polipeptydowego, tworzącego białko. Istnieje jednoznaczne przyporządkowanie między liniową R. Lewontin, It ain’t Necessarily so…, dz. cyt., s. 137. Zob. E. Szathmáry, J. Maynard Smith, The Major Evolutionary Transitions, „Nature” 374 (1995), s. 227–232. 8 Zob. B. O. Küppers, Geneza informacji biologicznej. Filozoficzne problemy powstania życia, tłum. W. Ługowski, Warszawa 1991. 9 Zob. P. Godfrey-Smith, K. Sterelny, Biological Information, w: The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Summer 2016 Edition), ed. E. N. Zalta, https://plato. stanford.edu/entries/information-biological (22.11.2017). 6 7 70 Radosław Siedliński sekwencją trypletów a liniową sekwencją aminokwasów w łańcuchu białkowym: Właśnie ze względu na ów fakt struktura DNA traktowana jest jako nośnik informacji o tzw. pierwszorzędowej strukturze białek. Zanim jednak informacja zakodowana w DNA zostanie przełożona na białka, muszą zajść inne procesy. Informacja ta jest najpierw przepisywana (w procesie transkrypcji) z DNA na inny kwas nukleinowy – RNA, a następnie tłumaczona (w procesie translacji) z RNA na białko10. Szczegóły całego mechanizmu są dobrze poznane, a używanie do jego opisu terminologii informacyjnej nie budzi kontrowersji. Niemniej jednak informacyjna (również w znaczeniu – „formująca”, „przyczynująca”) interpretacja roli pełnionej przez DNA w komórce rozciąga się daleko poza kodowanie struktury pierwszorzędowej. Białka, będące podstawowymi składnik (...truncated)