Evolúció és valószínűség Egyszerű összehasonlítás és egyszerű számítás Reinhard Junker A teremtés és evolúció közötti vitában mind az evolúciótan ellenfelei, mind pedig a támogatói gyakran vetik fel az evolúciós folyamatok valószínűségének kérdését. Ezen kívül gyakran sorakoztatnak fel látszólag döntő, evolúció elleni érvként olyan példákat, mint amilyenek a következők. Egy majomhorda össze-vissza ütögeti a billentyűket egy írógépen, amibe papírlap van befűzve. Mennyire valószínű, hogy így véletlenül egy szép költemény jön létre? Vagy mi a valószínűsége annak, hogy egy nyomda felrobbanásakor a szétrepülő részekből véletlenül egy komplett könyv áll össze? Világos, és mindenki azonnal elismeri, hogy majdnem nulla a valószínűsége; ilyen folyamat nem mehet végbe. Nos, az élőlények még sokkal bonyolultabbak, mint egy költemény vagy egy egész könyv, mennyivel kevésbé fognak hát véletlen folytán létrejönni. Ha tudja valaki, hány független lépésnek kell ahhoz megtörténnie, hogy egy értelmes struktúra (itt a költemény vagy a könyv) létrejöjjön, könnyen számszerűsítheti is a valószínűséget. Ezt gyakran megtették molekuláris struktúrákkal, éspedig például fehérjékkel (a fehérjék olyan makromolekulák, amelyek az élőlények felépítése és anyagcseréje számára kiemelkedő jelentőségűek). A fehérjék, akár egy közönséges lánc, részegységekből (aminosavakból) állnak. A láncszemek száma többnyire ötven és néhány száz között mozog. Az élőlényekben előforduló fehérjék húsz különböző aminosavból tevődnek össze. Vagyis minden egyes láncszemre húsz különböző lehetőség jut. Tegyük fel, hogy egy fehérje száz aminosavból áll. Száz aminosav előre meghatározott pontos sorrendjének a valószínűsége ekkor 1:20¹ºº, ez átszámítva 10 - ¹³º valószínűséget jelent. Ilyen minimális valószínűség realitása elképzelhetetlenül kicsi. Az ilyen, első pillantásra döntő érvet azonban a kritikusok több okból és részben jogosan utasítanak vissza. A két legkritikusabb pontot kell a következőkben szemügyre vennünk. A kritikusok nem a számokba kapaszkodnak bele, hanem az alapul vett keretfeltételekbe. Az elvileg jogos ellenérvek rövidre fogva így szólnak: Az élőlények szervei nem egyszerre keletkeztek (mint a fenti hasonlatban a könyv a felrobbant nyomdában), hanem lépésenként, a szelekció közrehatásának során (kiválasztódás). Ezt nem vették figyelembe a nyomdával és a majomhordával kapcsolatos hasonlatban. Nem kellett semmiféle meghatározott struktúráknak keletkezniük. A nevezett valószínűségi meggondolások, illetve számítások olyan utólagos elmélkedések, amelyek az evolúció történetének vonatkozásában irreálisak. 1
1. Kifogás: A szelekciós faktor A majomhorda és a nyomda kedvelt példái egyszerű formában alkalmatlanok evolúciókritikai érveknek, mivel nem írják le azokat a keretfeltételeket, amelyek alapján az evolúciónak le kell folynia. Az evolúciótan keretében nem állítják, hogy úgymond egy csapásra, a legegyszerűbb kezdeti állapotokból azonnal nagyon összetett struktúrának kell létrejönni, és azt sem, hogy az a múltban így jött létre. Hogy a majomhorda költeményére visszatérjünk: az evolúció teoretikusai már azzal is nagyon elégedettek lennének, ha a majmok a Frühling [tavasz] szót összehoznák. Azután vennék a lapot, amelyen a Frühling szó áll, behelyeznék a fénymásolóba, és készítenének néhány ezer kópiát. (Ennek megfelelően a természetben: Egy élőlény egy pozitív tulajdonsággal gyarapodik úgy, majd azután minden utód is rendelkezik ezzel a tulajdonsággal.) Most már sok ezer lapunk van a Frühling szóval, sok ezer írógépbe befűzve. A majomhorda ezután ismét munkához lát. És lásd: valahol felbukkan a Frühling után a läßt szó. Ezt a lapot újra sokszorosítják stb. Így jön ki néhány lépés után a Frühling läßt sein blaues Band wieder flattern durch die Lüfte [A tavasz kék szalagját újra lobogtatja szellőivel] mondat, és máris megvan a kívánt költemény első része. Az evolucionista érvelés szerint a dolog ugyanígy folytatódik tovább. 1 Mindez azonban nem gyengíti az evolúciókritikai érvet. Sokkal inkább arra tanít ez az evolúcióval szembeni jogos ellenvetés, hogy tisztázni kell, vajon az új struktúrába való átmenet felosztható-e pozitív szelekciós lépésekre. A verspéldánkra alkalmazva ez így néz ki: szükségünk van arra, hogy a Frühling [tavasz] szó vagy legalább a Früh [reggel] szótő egy értelmes lépcsőfokká váljék. [A német Frühling, tavasz jelentésű főnév olyan összetétel, amely a Früh, reggel jelentésű főnévből és a -ling képzőből tevődik össze a fordító megjegyzése.] A Frü még túl kevés lenne, és nem lenne kiválasztható (nem lenne a szelekció szemszögéből hasznos). Vagy a következő lépésnél: a Frühling läß, még nem értelmes; csak ha a Frühling läßt szintig elérünk, akkor tudja ezt a szelekció ismét megragadni. Az evolúciókritikai érvelésben tehát itt annak a bemutatásáról van szó, hogy a feltételezett evolúciótörténetben az egyik értelmes struktúrától egy másik struktúrához vezető legkisebb lépések is olyan nagyok, hogy azok véletlen mutációval és szelekcióval (és adott esetben más evolúciófaktorokkal) nem hidalhatók át. 2 A tulajdonképpeni érv tehát így hangzik: Az élőlények szervei 1 Mindazonáltal a példának még mindig van egy nagy bökkenője: Az ismert Mörike-versből való mondat csak azután válik értelmessé, ha értelmet adtak neki. A betűk sorrendje önmagában mindazok számára, akik a német nyelvet nem ismerik, még értelmetlen. Azt, hogy honnan jön a jelentés aspektusa, az evolúciótan érdekében itt el kellene halványítani annak ellenére, hogy ez a kérdés központi jelentőségű. A példának tehát csak azt kell világossá tennie, hogy meg kell bizonyosodni arról, hogy az átmenet egyik értelmes lépcsőfokról a következőre tovább már nem rövidíthető. 2 Siegfried Scherer ezért bevezette a bázisfunkció-állapot fogalmát (vö.. Evolution ein kritisches Lehrbuch, 128. o., továbbá a 4. jegyzet) 2
vagy építőelemei nagyon összetettek, és csak akkor működnek, ha minden egyes alkotórészük kialakult; befejezetlen szerveket viszont nem választ ki a szelekció. Egy működőképes lépcsőfok és a következő, a szelekció által kiválasztható lépcsőfok közötti átmenet olyan sok független egyedi lépést igényelne, hogy ez az átmenet véletlen mutációk és szelekció útján nem mehet végbe. Michael Behe biokémikus ezekre a viszonyokra alkotta meg az egyszerűsíthetetlen komplexitás fogalmát ( Darwin s Black Box, 1996; magyarul: Darwin fekete doboza, Harmat kiadó, Budapest 2002). A vita töréspontja itt az, vajon lehet-e, és hogyan lehet az egyszerűsíthetetlen komplexitást igazolni, vagy legalább hihetővé tenni. 3 Ezen kívül meg kell becsülni, hány független lépésre lenne szükség ahhoz, hogy az egyik szelekciós fokról eljussunk a másikra. Ennek a kérdésnek az egyértelmű tisztázása hátra van; ez rendkívül nehéz és jelentőségteljes kérdés. Így érthetően ez az evolúciókritikai érv intuitív jellegű (számomra is), és nehéznek tűnik empirikusan igazolni. Mondhatjuk fordítva is: azoknak a kritikusoknak, akik a valószínűségi érvet gyengíteni akarják, meg kell mutatniuk, hogy milyen út lenne az, ami kis lépésekben vezet el egy új szervhez, és az egyes lépéseket a véletlen mutáció és szelekció hatásai képesek lennének áthidalni. A mai tudásszintünk szerint már három független mutációs lépés is komoly evolúcióelméleti problémát okoz; négy-öt egyidejűleg szükséges lépés esetén már nyilvánvalóan el kell ismerni, hogy az ismert evolúciós faktorok ilyen nagy ugrást nem tudnak megmagyarázni. 4 Ez a kérdés nem számít azonban véglegesen tisztázottnak. A valószínűség-számítások ereje tehát függ az alapul vett keretfeltételek elfogadhatóságától. 2. Kifogás: Az evolúcióban nem kell meghatározott struktúráknak keletkezniük A második kifogás példaszerűnek hangzik: egy meghatározott fehérjének nem kell teljesen meghatározott aminosav-sorrenddel rendelkeznie ahhoz, hogy funkcióját ellássa. Azaz ez a fent nevezett, száz aminosavból álló fehérje példánk vonatkozásában, ahol az építőelemek sorrendjének 10¹³º lehetősége van, azt jelenti, hogy az építőelemeknek nemcsak egy bizonyos sorrendje működőképes, hanem nagyon sok. Minden egyes konfiguráció valószínűtlenségét mérhetetlenül nagyszámú alternatív (potenciális) konfigurációlehetőség egyenlíti ki (M. Neukamm). 5 Ám az is biztos, hogy 3 Az Evolution ein kritisches Lehrbuch (IV.7.4) c. könyv ezt a baktériummotor példáján keresztül részletesen megvitatja. 4 S. Scherer (1983): Basic functional states in the evolution of cyclic photosynthetic electron transport. J. Theor. Biol. 104, 289-299. o. 5 www.martin-neukamm.de/zufall.html Az evolúciókritikai ellenvetések Martin Neukamm összefoglalásában kifogásolt hiányára az Evolution ein kritisches Lehrbuch és a S. Scherer: Entstehung der Photosynthese (Neuhausen, 1996) c. művek adnak választ. 3
messze nem mind működőképes. Azt, hogy a 10¹³º lehetőség közül ténylegesen hány működőképes, jelenleg csak bizonytalanul tudják megbecsülni, ezért kell az evolúciókritikai érvelésnek másként elébe menni. Empirikusan megalapozható, hogy egy meghatározott funkciójú fehérje átmenete egy új, másik funkciójú fehérjébe bizonyos minimális számú változást (aminosavcseréket) igényelne. A jelenlegi ismereteink szerint egy ilyen átmenet legalább tíz változást jelent. Ezt a számot tudják a valószínűségelméleti becslések alapul venni. Thomas Waschke a következőképpen fejti ki ellenérvét: 6 A kocsmában ülök és egy korsó sör van előttem. A korsó egy meghatározott helyen van előttem az asztalon, a söralátét egy meghatározott szögben fekszik, a sör szintje kevéssel a kalibrációs vonal fölött áll, a habnak speciális a formája. A korsó fülénél látom a pilzeni tulipánt, amely kissé nedves. A sörre pontosan 2 perc 30 másodpercet vártam. Mennyire valószínű ez az esemény? Az, hogy pontosan ez az együttállás jelentkezik, természetesen szélsőségesen valószínűtlen. Waschke folytatja: Az én gondolkodási hibám az volt, hogy ki akartam számítani, mennyire valószínű, hogy egészen pontosan egy bizonyos korsó sört kapjak! Persze igaz, hogy nem pontosan azt a sört akartam, pontosan azzal a folyadékszinttel, pontosan azzal a virággal, hanem csak valamilyen sört. És akkor a valószínűség-számítás már egészen másképp néz ki. Mindez világos. A példa logikáját így alkalmazzák az élet eredetére: az evolúció kritikusai kiszámítják egy olyan meghatározott molekula termelődésének a valószínűségét, amely ma a sejtekben előfordul, és élettelen anyagokból, véletlen folyamatok által jön létre.... Az evolúció álláspontjából nézve azonban csak azt lehet reálisan megkövetelni, hogy élettelen anyagokból valamiféle olyan molekulák keletkezzenek, amelyek valamilyen meghatározott tulajdonságokat mutatnak fel. Az, hogy mely speciális molekulák voltak ezek, és hogy ma az élet ezeket felhasználja-e még, és így tovább, tökéletesen nyitott kérdések. Waschke tehát összeveti azt az evolúciós problémát, hogy valamilyen funkcionáló fehérjét kapjanak, azzal a problémával, hogy a kocsmában éppen bizonyos feltételek együttállásával kapjon egy sörrel töltött korsót. Ez a két probléma azonban semmiképpen sem összehasonlítható. A probléma a sörrel az adott keretfeltételek között teljesen triviális, a valószínűség pedig, hogy az esemény bekövetkezzék, majdnem 1:1 (persze lehetséges, hogy a pincérnő elcsúszik a sörrel, és így a vendég dolgavégezetlenül távozik). Egy működőképes fehérje problémájánál ezzel szemben egy sor minimál-feltételt szükséges megadni, amelyek szintén fontosak. Érthető például, hogy egy bizonyos minimális lánchosszúságra van szükség. A kérdés pedig az, hogy vajon ezeket kísérleti úton, prebiotikus (az élet hajnalával kapcsolatban feltételezett) körülmények esetén el lehet-e érni, és támogatható-e ennek bekövetkezte 6 www.waschke.de/wahrscheinlichkeit.htm 4
valószínűségelméleti meggondolásokkal is. 7 T. Waschke példázata rendkívüli mértékben elbagatellizálja a tulajdonképpeni megoldandó problémát. Ráadásul nem elég, hogy a molekuláknak meghatározott tulajdonságokat kell felmutatniuk. Ezeket a meghatározott tulajdonságokat konkretizálni kell: a kialakítandó molekuláknak biológiai funkciókat kell tudniuk ellátni; ez igen messzemenő követelmény. Megjegyzendő, hogy az evolúciókritikai valószínűség-számítások bírálói aligha fogadják el a baktériummotor 8 példáját. E példával kapcsolatban a következőket lehet elmondani. Világos, hogy egy akármilyenfajta motornak egyrészt különböző alkotórészekre van szüksége, amelyek közül egyiket sem lehet elhagyni, másrészt minden alkotórésznek több mutáción kellene átesnie, hogy ezáltal egy előfehérjéből egy megfelelő funkciójú motorfehérje keletkezzék. 9 Ezen az alapon lehet ésszerű valószínűség-számításokat végezni. A hivatkozott evolúciókritikai tankönyvünk baktériummotor-példájában világosan kifejtettük ezen számítás keretfeltételeit. Ha alá akarják támasztani álláspontjukat, akkor az evolucionistáknak egy olyan lehetséges evolúciós útvonalat kellene mutatniuk, amely matematikai szempontból nem irreális. Fordította: Pál Zoltán 7 Evolution ein kritisches Lehrbuch, IV.8. fejezet 8 Evolution ein kritisches Lehrbuch, IV.7.4. fejezet 9 Az, hogy egyes előfehérjéket már rendelkezésre állónak feltételeznek, evolúcióbarát hozzáállás! 5