Ewolucja neutralna

Poprzedni wpis powstał na samym początku mojego doktoratu, teraz już minęło od tego czasu ponad 9 miesięcy. W swojej pracy badawczej próbuję zajmować się właśnie fosforylacją białek, więc na pewno będę jeszcze o niej pisał na tych łamach. Póki co, aby rozładować suspens, wspomnę tylko, że w odróżnieniu od pepsyny, w przypadku której obecnośćm lub nie fosforu, nie ma, jak widzieliśmy, dramatycznego wpływu na aktywność, wiele białek jest regulowanych za pomocą fosforylacji. Przyłączanie i odłączanie grup fosforanowych (fosforylacja i defosforylacja), procesy enzymatyczne katalizowane odpowiednio przed kinazy i fosfatazy, mogą więc spełniać rolę "włączania" i "wyłączania" białek wewnątrz komórek (przy czym czasem aktywna jest forma z fosforem, a czasem ta bez). W 1992 r. E. H. Fisher i  E. G. Krebs dostali nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za badania nad "odwracalną fosforylacją jako biologicznym mechanizmem regulacyjnym".

Tym razem chciałbym jednak zwrócić uwagę na inne zagadnienie, które dziś przykuło moją uwagę: ewolucję neutralną. Problem jest następujący: załóżmy, że mamy kompleks białkowy w formie obręczy, składający się z 8 podjednostek. Tego typu pierścieniowate kompleksy (niekoniecznie 8-członowe) wchodzą w skład "maszyn molekularnych" odpowiedzialnych za bardzo ważne funkcje, takie jak synteza ATP, transport substancji przez błony biologiczne, niszczenie niepotrzebnych białek itd. Załóżmy, że w dość pierwotnym orgnizmie, dajmy na to bakterii E. coli, widzimy, że ten kompleks składa się z 8 takich samych podejdnostek A, u wyższych zaś organizmów - dwóch różnych, B i C, ułożonych w pierścieniu na przemian, przy czym po sekwencji widać, że geny b i c pochodzą od genu a, który w pewnym momencie się "skopiował" ("zduplikował"), a potem każda z dwóch kopii trochę ewoluowała. Pojawia się następujące pytanie: dlaczego nastąpił taki proces? Ewolucjoniści zazwyczaj odpowiedziliby: pierścień składający się z 4 B i 4 C musi mieć jakąś przewagę nad pierścieniem składającym się z 8 A, co więcej, musiał on mieć taką przewagę już prawie na samym początku, gdy tylko B i C zaczęły odróżniać się od A. Owa przewaga zapobiegła utracie drugiej kopii genu i powrotowi do kompleksu składającego się z 8 A (albo innymi słowy: te organizmy, u których taka utrata nastąpiła, gorzej sobie radziły niż te, u których nie nastąpiła i z czasem zostały te, u których nie nastąpiła).

Możliwe jest jednak inne wytłumaczenie. Białka B i C pierwotnie wyglądające zupełnie tak samo jak A, razem wchodziły w skład pierścieniowego kompleksu w losowych kombinacjach. Z czasem, co zrozumiałe, zarówno B jak i C stopniowo odróżniały się od A, akumulując drobne zmiany o neutralnym bądź pozytywnym skutku dla całego organizmu. Zmiany o negatywnym skutku (załóżmy, że polegały one na utracie zdolności tworzenia pierścienia) nie były akumulowane w populacji. Można sobie jednak wyobrazić, że część zmian, która miałaby negatywny skutek, gdyby istniał tylko jeden gen, miała neutralny skutek w przypadku, gdy istniały dwa różne geny. Np. mutacja, która sprawiła, że B nie może oddziaływać z samym sobą, tworząc 8-członowy pierścień byłaby negatywna, gdyby obecny był tylko gen kodujący B. Jednak możliwe, że ta mutacja nadal pozwala na oddziaływanie między B i C, a tym samym pozwala na tworzenie kompleksu, w którym obie podjednostki ułożone są na przemian: B, C, B, C itd. W ten sposób owa zmiana ma nadal charakter neutralny, ale tylko dopóty, dopóki obecne są obydwie kopie, B i C. Tym samym, niemożliwy jest powrót do sytuacji sprzed duplikacji genu A, choć kompleks składający się z B i C nie ma żadnej przewagi nad kompleksem składającym się tylko z A. Mamy więc nieodwracalność przy jednoczesnej neutralności.

Fosforylacja białek - wstęp

Wracając do pisania tego bloga po trochę dłuższej przerwie, chciałbym zamieścić kilka wpisów na temat fosforylacji białek. Zacznę od wstępu.

Początki współczesnej biochemii, dziedziny zajmującej się badaniem cząsteczek wchodzących w skład organizmów żywych, sięgają końca XIX i początku XX. wieku. Wtedy to, równolegle w wielu miejscach na świecie, zaczęto izolować i oczyszczać składniki żywych komórek, identyfikować różne rodzaje białek, kwasów nukleinowych. Prym wiedli naukowcy z Ameryki, Niemiec, Wielkiej Brytanii i Rosji, ale wyróżniające miejsce zajmowali też Polacy, choćby Augustyn Wróblewski (1866-po 1913), jeden z pionierów, obok laureata Nagrody Nobla z 1907 r., Eduarda Buchnera, badań nad enzymami (a prywatnie anarchista i w ogóle barwna osobowość - pojawia się w "Zakopanoptikonie" Andrzeja Struga jako Augustyn Rigoletto) i Jakub Karol Parnas (1884-1949), który zajmował się głównie metabolizmem, ale położył zasługi właściwie we wszystkich dziedzinach biochemii (takiej, jaka istniała przed wojną). O tych postaciach z pewnością jeszcze nie raz będzie na łamach tego bloga.

Jeszcze w pierwszej połowie XIX w. odkryto, że białka zasadniczo składają się z węgla wodoru, azotu i tlenu. Czasem znajdowano także siarkę, a czasem fosfor. Dziś wiemy, że fosforu teoretycznie nie powinno być: żaden z 20 aminokwasów, z których składają się białka, nie zawiera fosforu. Niemniej jednak na początku XX wieku nie ulegało już wątpliwości, że takie białka jak np. kazeina i fosfityna, odgrywające ważne role w procesie karmienia młodych u zwierząt (kazeina znajduje się w mleku ssaków, a fosfityna – w żółtku jaj) - posiadają wysoki procent fosforu. Brytyjczyk Robert H. A. Plimmer (1877-1955) odkrył w pierwszych latach XX w., że fosfor można oddzielić chemicznie od kazeiny działając na nią zasadą sodową.

W publikacji z 1930 r. John H. Northrop opisał proces oczyszczania i krystalizacji pepsyny, enzymu trawiącego białka. W tamtym czasie nie było pewności, czy enzymy są białkami, czy nie (m.in. z powodu wpływu Richarda Willstättera, laureata Nagrody Nobla z 1915 r., który, opierając się na wynikach swoich eksperymentów, twierdził, że nie) – dziś wiemy, że oczywiście tak. Gdy roztwór białka staje się przesycony, np. z powodu odparowania części wody lub dodania substancji silnie oddziałującej z wodą (tzw. precipitantów - substancje te "odciągają" część wody od białka, sprawiając, że efekt jest podobny do tego, gdyby ubyło wody np. wskutek odparowania), część białka przechodzi z roztworu do fazy stałej, tworząc osad lub – jeśli warunki są odpowiednie – kryształy. (Jest to analogiczne zjawisko do tworzenia się kryształów na nitce zanurzonej w stężonym rotworze soli kuchennej, w miarę odparowywania z niego wody.) Obecnie takie kryształy białka służą do pomiarów strukturalnych: ponieważ w krysztale cząsteczki białka są ułożone równomiernie i regularnie według określonych zasad symetrii, mierzone sygnały pochodzące od pojedynczych cząsteczek ulegają wzmocnieniu (inaczej niż w roztworze, gdzie cząsteczki znajdują się w przypadkowych pozycjach i w związku z tym poszczególne sygnały nawzajem się wygaszają). Użyłem słowa "sygnały" na określenie różnych mierzalnych fizyko-chemicznych parametrów. Jednym z nich może być np. to, jak cząsteczka białka rozprasza promienie Roentgena – jeśli mamy do dyspozycji kryształ i aparat rentgenowski, możemy łatwo to zmierzyć, a z uzyskanych wyników wyliczyć, przy użyciu komputera, położenie gęstości elektronowych, odpowiedzialnych za rozpraszanie promieniowania, a tym samym skonstruować model budowy atomowej białka (na tym polega tzw. krystalografia rentgenowska białek). W tamtych czasach – w latach 30. i 40. – krystalizacja nie służyła do rozwiązywania struktur, była po prostu najlepszą metodą wydzielania czystych form enzymów. Izolowanie białek ze skomplikowanych mieszanin, jakie spotykamy w komórkach i tkankach, jest zadaniem karkołomnym, ale jeśli w danych warunkach tylko jedno białko krystalizuje (a to się zdarza, bo białka mają bardzo specyficzne warunki krystalizacji; co więcej, tylko niektóre białka łatwo krystalizują), można je wyizolować w dość czystej formie, a następnie – poprzez cykle rozcieńczania i ponownej krystalizacji – dokładnie oczyścić. Właśnie za tego typu procedury, które umożliwiły uzyskanie czystych próbek enzymów i białek wirusowych, przyznano w 1946 r. Nagrodę Nobla Jamesowi B. Summerowi, Wendellowi M. Stanleyowi i wspomnianemu wyżej Johnowi H. Northropowi. Biorąc pod uwagę fakt, że dziesięć lat później kryształy miały już służyć do badania struktury atomowej białek, była to nagroda w pewnym sensie prorocza.

Wróćmy jednak do pracy opisującej kryształy pepsyny. Jedyna obserwacja z tej pracy, na którą chciałbym zwrócić uwagę, to analiza składu atomowego pepsyny. Nie mając pewności, czy pepsyna jest białkiem, czy jakimś innym rodzajem substancji, powiedzmy kwasem nukleinowym, Northrop zbadał zawartość dwóch ważnych pierwiastków, azotu i fosforu. Okazało się, że pepsyna zawiera pewną, niewielką co prawda (niewiele poniżej 1 %), ilość fosforu, która nie zmniejszała się w trakcie oczyszczania białka. Northrop przywołuje wyniki Cornelisa A. Pekelharinga (z 1896 r.) i Willema E. Ringera (z 1915 r.), dwóch wybitnych holenderskich lekarzy i naukowców z Utrechtu (Ringer był następcą Pekelharinga, który z kolei był następcą Dondersa; ten ostatni był natomiast następcą Gerrita J. Muldera, pierwszym naukowcem zajmującym się badaniem białek), którzy również badali pepsynę (Pekelharing wyizolował ją jeszcze w XIX w., ale nie udało mu się jej wykrystalizować) i nie wykryli w niej fosforu. Northrop doszedł więc do wniosku, że możliwe są aktywne formy pepsyny zarówno z fosforem, jak i bez fosforu.

Z perspektywy czasu wyniki te można interpretować w następujący sposób. Białka składają się z aminokwasów, a te z kolei z węgla, tlenu, azotu, wodoru, czasem siarki. Nie powinno więc być w nich fosforu. Fosfor, jeśli istnieje, jest modyfikacją – dodatkiem, doczepionym w pewnych miejscach białka. W przypadku pepsyny obecność tego dodatku zdaje się nie wpływać ani pozytywnie, ani negatywnie, na funkcjonowanie białka (przynajmniej w tym sensie, że możo ono być aktywne zarówno z, jak i bez, fosforu). W szeregu publikacji z początku lat 50. XX w. (pierwsza była prawdopodobnie grupa badawcza Jamesa N. Davidsona z Uniwersytetu w Glasgow, ucznia wybitnego niemieckiego biochemika, laureata Nagrody Nobla z 1931 r., Ottona Warburga; sam Davidson miał duży wkład w badanie kwasów nukleinowych - wykazał, że DNA i RNA są normalnymi składnikami komórek zwierzęcych i roślinnych, że DNA jest głównie w jądrze, a RNA zarówno w jądrze, jak i cytoplzmie itd.; oprócz tego jest autorem klasycznych, choć przestarzałych już, podręczników do biochemii kwasów nukleinowych), wykorzystując ortofosforan (VI) zawierający radioaktywny izotop fosforu, ³²P, wykazano, że wewnątrz komórek, zwłaszcza komórek rakowych, fosfor jest nieustannie przyłączany do białek (co można zaobserwować jako pochłanianie radioaktywności przez frakcję komórki, która zawiera głównie białka; kluczowym etapem w tych eksperymentach jest frakcjonowanie komórki, zwłaszcza oddzielenie kwasów nukleinowych od białek, bo kwasy nukleinowe zawsze zawierają fosfor). Tak więc na początku lat 50. XX w. można było przypuszczać, że fosfor jest doczepiany do niektórych białek, ale jak i po co – nie było wiadomo. 

Tutaj możesz znaleźć wykład noblowski Northropa z 1946 r.

Nie każda wrażliwość na światło jest widzeniem

Nie każda czułość na światło to zmysł widzenia. Czasem, słysząc o tym, że proste organizmy (np. szkolny organizm modelowy, euglena zielona) potrafią rejestrować światło (słoneczne, w niektórych przypadkach także księżycowe, które jest oczywiście odbitym słonecznym, lub w warunkach laboratoryjnych - sztuczne), wyobrażamy sobie, że mają one zdolność bardzo prymitywnego widzenia, że np. w czasie dnia widzą one jakąś, powiedzmy, jasną, trochę zamgloną i niewyraźną plamę, a w nocy - czarną ciemność. W rzeczywistości jednak niewiele wskazuje na to, jakoby tak proste organizmy mogły posiadać zmysł widzenia, nawet w jakiejś szczątkowej (czy raczej zalążkowej) formie. O ile wiemy, takie zmysły, jakie istnieją u człowieka - zmysły umożliwiające  fenomenalny odbiór barw, dźwięków, tzn. taki, w którym zewnętrzny świat jakby wchodzi w nasze wnętrze w postaci wrażeń zmysłowych - wymagają, po pierwsze, odpowiednich organów poszczególnych, a po drugie, nadrzędnego organu, jakim jest mózg. Różne proste organizmy mogą odbierać informacje z otoczenia, więc istnieje w nich pewien poziom świadomości i swego rodzaju zmysły, ale nie posiadają one świadomości fenomenalnej, właściwej tylko wyższym zwierzętom. Innymi słowy, bakteria rejestrując, że otoczenie, w którym się znajduje, jest zimne, nie  odczuwa  zimna. Podobnie proste organizmy, które rejestrują światło, nie są w stanie mimo to niczego  zobaczyć. Z pewnością trzeba tu wiele poznawczej pokory, bo tak naprawdę nigdy się nie dowiemy, jak to jest "być bakterią" i "rejestrować światło, jak pierwotniak", poza tym - jeszcze raz trzeba to podkreślić - nawet bakteria posiada jakąś tam świadomość zmysłową, a nie tylko życie wegetatywne, jak rośliny, albo martwe istnienie właściwe obiektom nieożywionym. Niemniej jednak nasza wiedza jednoznacznie wskazuje na to, że bez centralnego układu nerwowego o świadomości fenomenalnej nie może być mowy i każde przypisywanie jej najprostszym organizmom jest jedynie jakąś projekcją ludzkich doświadczeń na zupełnie inną rzeczywistość. Przychodzi mi na myśl jeden możliwy przykład, który być może jest w stanie jakoś przybliżyć to rozróżnienie. Światło rejestrowane przez światłoczułe komórki siatkówki człowieka, czopki i pręciki, prowadzi do powstania w tych komórkach sygnałów nerwowych (czopki i pręciki to w końcu, jeśli chodzi o ich klasyfikację, drugorzędowe neurony), które następnie przesyłane są do kolejnych komórek nerwowych, różnego rodzaju komórek dwubiegunowych oraz ganglionowych, i dalej, przez tzw. nerw wzrokowy, do mózgu. Istnieje jednak także taki rodzaj komórek ganglionowych (stanowi on ok. 3% wszystkich komórek tego typu), który nie zajmuje się (tylko) przekazem sygnałów z czopków i pręcików, ale sam potrafi rejestrować światło (za pomocą właściwego mu światłoczułego pigmentu - melanopsyny - który wyłapuje szczególnie skutecznie światło niebieskie). U osób cierpiących na genetyczną chorobę retinitis pigmentosa (pl. retinopatia barwnikowa) pręciki i czopki obumierają, prowadząc do całkowitej ślepoty, mimo iż światłoczułe komórki ganglionowe są nadal obecne. Jednocześnie osoby ociemniałe w wyniku tego schorzenia, o ile mi wiadomo, nadal są świadome (mniej-więcej), kiedy jest noc, a kiedy dzień. Zegar dobowy człowieka potrafi oczywiście działać dość niezależnie od bodźców ze świata (co czasem jest przydatne, a czasem nie - np. stąd biorą się problemy z dostosowaniem się do zmiany czasu po podróży do innej strefy czasowej), ale tylko przez jakiś czas, zasadniczo jest on regulowany na podstawie bodźców świetlnych. Jak się wydaje, wspomniane wyżej światłoczułe komórki ganglionowe odgrywają ważną rolę w tym właśnie procesie. Mamy tu więc do czynienia ze "światłoczułością", która nie polega na "wejściu" barw obiektów zewnętrznych do "wnętrza" organizmu; światłoczułością, która nie jest widzeniem (pomijam publikację Daceya i współpracowników z 2005 r. opublikowaną w "Nature", nr 433, str. 749-754, w której autorzy sugerują, że te komórki mogą jednak mieć też jakąś rolę w normalnym procesie widzenia - jeśli mają, to chyba tylko pomocniczą względem pręcików i czopków, gdy te są aktywne, natomiast ich "poza-widzeniowe" funkcje są niezależne od innych komórek wzrokowych). Po prostu pewne czynności organizmu są regulowane w odpowiedzi na światło. W języku angielskim mówi się o "non visual photoreception" (nie-wizualnym odbiorze światła), którym charakteryzują się komórki posiadające melanopsynę (por. artykuł: Gooley i współpracownicy, A broad role for melanopsin in non-visual photoreception, "Journal of Neuroscience", 23, 7093-7106, 2003 r.). Myślę, że to zjawisko daje nam jakiś (bardzo nikły i tylko analogiczny, ale jednak) wgląd w to, jak "widzą" organizmy, które nie widzą, i w jaki sposób takie proste organizmy odbierają inne bodźce. I być może pozwalają nam lepiej docenić świadomość fenomenalną właściwą wyższym zwierzętom (u człowieka mamy oczywiście do czynienia jeszcze z "czymś więcej" - świadomością rozumną), a zwłaszcza zmysłu wzroku, który nie jest tylko "światłoczułością", ale czymś znacznie więcej - chwytaniem barw, kształtów, kierunków ruchu itp. z otoczenia.

Ewolucja zbieżna

Simon Conway Morris, wybitny specjalista z paleontologii kambru, jest znany z nagłaśniania, gdzie tylko może, zjawiska zwanego ewolucją zbieżną (konwergentną). O tego typu ewolucji mówimy, gdy procesy ewolucyjne zachodzące niezależnie od siebie i równolegle prowadzą do podobnych efektów, np. narządów spełniających te same funkcje (tzn. narządów analogicznych), podobnych mechanizmów ruchowych albo behawioralnych, podobnych "systemów społecznych" u zwierząt itd. Klasycznym przykładem tego rodzaju ewolucji są narządy wzroku, które wyewoluowały kilkakrotnie w historii przyrody: u owadów (oczy złożone), u mątw i ośmiornic (oczy fotograficzne) i kręgowców, w tym ludzi (również oczy fotograficzne). Gdy mówimy, że oczy fotograficzne u ośmiornic i u kręgowców są narządami analogicznymi, a nie homologicznymi, mamy na myśli to, że wspólny przodek ośmiornicy i kręgowców nie posiadał takich oczu i pojawiły się one w dwóch różnych "liniach genealogicznych" wychodzących od tego wspólnego przodka dopiero później.
W opinii wielu myślicieli, z Conwayem Morrisem na czele, zjawisko ewolucji konwergentnej zdaje się sugerować, że różnego rodzaju funkcje i procesy w pewnym sensie były zawsze potencjalnie obecne we wszechświecie dlatego, że jest on taki, jak jest (że jest w nim przestrzeń, światło, dźwięk, trzy stany skupienia itd.) i "czekały" na odpowiednie narządy, układy, mechanizmy, które będą mogły je zrealizować. Ten pogląd, ciekawe połączenie platonizmu z darwinizmem, Conway Morris prezentuje przede wszystkim w swojej książce "Life's solution" (CUP 2003), w której dochodzi do wniosku, że, w momencie, gdy pojawiło się na ziemi życie, ewolucja takich mniej więcej rodzajów organizmów, jakie rzeczywiście wyewoluowały, łącznie z inteligentnym zwierzęciem podobnym do Homo sapiens, była w pewnym sensie konieczna, bo różne "nisze", w tym "nisza inteligencji", czekały na zagospodarowanie. Jest to w pewnym sensie opinia przeciwna do tej, jaką prezentował sławny biolog Stephen J. Gould, który przed laty pisał, że gdyby "przewinąć taśmę" historii organizmów żywych i "puścić ją jeszcze raz", oglądalibyśmy zupełnie inny świat, w którym człowieka na pewno by nie było - w procesie ewolucji jest bowiem zbyt wiele miejsca na czysty przypadek. Conway Morris ma wielu przeciwników i jego wypowiedzi, zwłaszcza te zapuszczające się w filozoficzne bądź religijne rejony, prowokują często ostre riposty. Oczywiście to, że niektóre, najwyraźniej nie powiązane ze sobą wprost w sensie historycznym, gatunki mogą posiadać analogiczne narządy i mechanizmy uznają wszyscy. Niektórzy jednak argumentują, że czasem mamy w takich przypadkach do czynienia ze swego rodzaju zamaskowaną czy też głęboką homologią (ang. "deep homology") - np. narządy wzroku, choć, jak wspomniałem, wyewoluowały kilkakrotnie w różnych okolicznościach, za każdym razem potrzebowały do tego homologu genu PaxB/Pax-6 i jakiejś formy opsyny, może więc należałoby powiedzieć, że podobieństwo narządów analogicznych wynika z użycia podobnych mechanizmów na poziomie molekularnym, a nie wspólnego celu - funkcji widzenia - do którego dążą (ten i wiele podobnych przykładów głębokiej homologii opisują w fascynującym artykule "Deep homology and the origins of evolutionary novelty" Neil Shabin, Cliff Tabin i Sean Carroll w 457 numerze "Nature", niestety dostępnym tylko dla prenumeratorów i bibliotek). Conway Morris odpowiada, że te geny, choć rzeczywiście biorą udział w tworzeniu wszystkich znanych narządów wzroku, są również obecne u organizmów, które oczu nie mają (nie wiem, czy opsyna jest, ale na pewno Pax-6 - tak), więc proste powiązanie między np. Pax-6 i oczami, które mogłoby sugerować, że są one nieuniknionym skutkiem obecności pewnych mechanizmów na poziomie molekularnym. Można by też dodać, że nawet jeśli Pax-6 jest potrzebny, to nie dlatego, że np. ma dokładnie taką budowę, jaką ma, tylko dlatego, że spełnia pewna określoną funkcję (jest czynnikiem transkrypcyjnym regulującym pewnego rodzaju zestawy genów), więc gdyby w drodze ewolucji zbieżnej wyewoluował gen o tej samej funkcji, proces mógłby zajść bez Pax-6. Pierwszeństwo funkcji nad konkretną jej "aktualizacją", przy którym upiera się Conway Morris, można zauważyć więc już, gdy spojrzymy na to, co tak naprawdę jest ważne dla biologów w genach, narządach itp. - ich funkcje. Dla mnie to wszystko trochę nadto platońskie, ale z pewnością Conway Morris sieje dużo dobrego fermentu w środowisku ewolucjonistów i prowokuje ciekawe pytania.
O ewolucj i zbieżnej mówimy także na poziomie molekularnym, np. na poziomie sekwencji białek. Spójrzmy na enzymy o podobnej funkcji - np. proteazy, które degradują białka lub tną je na jakieś ściśle określone fragmenty. Znamy proteazy o bardzo różnych sekwencjach/strukturach (co świadczy o tym, że nie są bezpośrednio powiązane ze sobą historycznie), ale często w ich miejscach aktywnych spotyka się te same zestawy aminokwasów, np. u proteaz serynowych - zazwyczaj tzw. triadę katalityczną, składającą się z seryny, histydyny i asparaginianu (lub ewentualnie drugiej histydyny, jak w proteazie cytomegalowirusa), które są bezpośrednio zaangażowane w cięcie białek. Podobnie także różne inne motywy aminokwasowe czy pewne elementy struktury trzeciorzędowej (czy też tzw. "superdrugorzędowej", ang. supersecondary structure), powiązane z konkretną funkcją, spotyka się u białek nie powiązanych historycznie w sposób bezpośredni. Barry Honig, amerykański bioinformatykz Uniwersytetu Columbia, biorąc to pod uwagę, stworzył program Mark-Us (dostępny w internecie: http://luna.bioc.columbia.edu/honiglab/mark-us/cgi-bin/submit.pl), który analizuje strukturę białek o nieznanych funkcjach na podstawie podobieństw strukturalnych (istnienie takich samych motywów itp.) do białek o znanych funkcjach. To zupełnie unikatowe podejście, bo zazwyczaj porównuje się sekwencję kwasów nukleinowych w genie kodującym dane białko w poszukiwaniu powiązań historycznych międzi genami i na ich podstawie definiuje się podobieństwa w funkcji. To jest oczywiście często skuteczna metoda, a to dlatego, że (zgodnie z obecnym stanem wiedzy biologicznej) prawdziwe wydaje się następujące rozumowanie:
1) Białka blisko związane ze sobą historycznie są do siebie podobne, np. mają podobną budowę (zmiany eweolucyjne są stopniowe więc w krótkim czasie zasadniczo nie prowadzą do drastycznych zmian w budowie).
2) Jeśli białka są do siebie podobne, np. mają podobną budowę, mogę spełniać podobne funkcje, mieć podobne właściwości.
3) Z połączenia zdać 1 i 2 wynika, że jeśli białka są blisko związane historycznie to mogą mieć podobne funkcje/właściwości (ale nie muszą - dobrym przykładem mogą być tzw. pseudokinazy, białka, które są ewolucyjnie bardzo blisko związane z kinazami i są bardzo podobne, ale nie posiadają pewnych kluczowych aminokwasów, co sprawia, że nie potrafią spełniać takiej funkcji, jak kinazy, tzn. fosforylować inne białka albo małe cząsteczki).
Wyższość (przynajmniej filozoficzna) metody Honiga nad innymi metodami polega na tym, że nie idzie ona od zdania 1) przez 2) do 3), tylko wprost od zdania 2) do zdania 3), szuka podobieństw tu i teraz, niezależnie od tego, czy posiadają wspólną historię (bo, jak pokazuje ewolucja zbieżna, podobieństwa mogą istnieć również niezależnie). Niby to wszystko jest oczywiste, ale zwraca uwagę na prawdę, o której dzisiejsza biologia często zapomina: że rzeczy są takie, jakie są, ze względu na ich natury, w tym także ich strukturę i rozmaite właściwości, nie natomiast ze względu na to, w wyniku jakiego procesu się po raz pierwszy pojawiły (to jest powiązane z tym, jakie są, ale nie bezpośrednio). Ewolucja zbieżna pokazuje więc nie tyle platońską "wyższość funkcji nad jej konkretną aktualizacją", co arystotelejską wyższość(konkretnego) istnienia nad (abstrakcyjnym) "stawaniem się".

Jeszcze o życiu - cytaty z Heinza Penzlina

Z dużą satysfakcją przeczytałem dziś artykuł "The riddle of <<life>>, a biologist's critical view." z zasłużonego czasopisma "Naturwissenschaften" (2009 r.) autorstwa niemieckiego profesora zoologii, Heinza Penzlina. Autor ten ogranicza się do biologii jako takiej i deklaruje swój naturalizm, przynajmniej metodologiczny (mówi o sobie, że jest "naturalistą w tradycji kartezjańskiej", jego mistrzami są także, niewątpliwie, Kant i Darwin), nie zapuszcza się też zbyt daleko w tematy filozoficzne, cytuje Jacquesa Monoda zamiast Arystotelesa, a na dodatek używa popularnych dziś, a według mnie niejasnych i bardziej oddziałujących na wyobraźnię niż niosących jakąkolwiek treść, terminów, takich jak "wyłanianie się" (emergence), "samo-organizacja" (self-organisation), "porządek" (order), "informacja" (information). Jego tekst jednak jest świetny i odważny, co chyba charakterystyczne dla starszych, utytułowanych profesorów, którym opinia otoczenia nie taka straszna (przypomina mi się wspaniały, starszy od Penzlina o 6 lat, profesor R.J.P. (Bob) Williams), a chcą być wierni swojej miłości do świata przyrody, która kiedyś posłała ich na te, a nie inne, studia. Pozwolę sobie zacytować kilka fragmentów ze wspomnianego artykułu:

The phenomenon of life is to be considered not so much as consisting of things such as particles, atoms, and molecules but in terms of "relational" and "organizational" properties.
Zjawisko życia powinno być rozpatrywane nie jako coś składającego się z obiektów, takich jak cząsteczki elementarne, atomy i związki chemiczne, ale z naciskiem na właściwości "relacyjne" i "organizacyjne".

Through ... [their] autonomy, living beings are distinct from human artifacts. Only living beings are really self-organizing and self-organized in the true sense of the word. Machines are designed in the interest of external outputs. Their operations can be kept distinct from existence. ... In organisms, on the other hand, existence is inseparable from operations.
Poprzez (...) [swoją] autonomiczność, istoty żywe różnią się od ludzkich artefaktów. Tylko istoty żywe są całkiem samo-organizujące się i samo-zorganizowane w pełnym tych słów znaczeniu. Maszyny są projektowane ze względu na cele [w stosunku do nich] zewnętrzne. Ich działanie można odróżić od ich istnienia. (...) Tymaczasem u organizmów, istnienie jest nierozdzielne z ich działaniem.

Self-maintained organization is not an attribute but the "mode of being" of living systems.
Zdolność do utrzymywania własnej organizacji nie jest cechą, ale "sposobem bycia" układów żywych.

Biology is currently advancing as rapid as physics did at the beginning of the twentieth century. Enormous progress in the understanding of complex phenomena has been made. Nevertheless, many riddles remain for science to solve, and life is perhaps the most interesting among them but at the same time one of the most difficult. Living creatures remain, as Jacques Monod once wrote, rather “strange objects.” One cannot solve the riddle of life by ignoring the immanent teleonomy, purposiveness, and autonomy of living beings just because these properties do not fit our mechanically imprinted “Weltbild.” Only patient research will advance our understanding, one step at a time.
Biologia rozwija się obecnie równie szybko, jak na początku dwudziestego wieku fizyka. Osiągnięto wielki postęp w rozumieniu złożonych systemów. Niemniej jednak nauka musi uporać się jeszcze z wieloma zagadkami, a życie jest pewnie najciekawszą i jednocześnie najtrudniejszą z nich. Żywe stworzenia pozostają, jak to ujął kiedyś Jacques Monod, dość "dziwnymi obiektami". Nie da się rozwiązać zagadki życia, gdy zignorujemy wewnętrzną (immanentną) teleonomię, celowość i autonomię żywych istot tylko dlatego, że te cechy nie pasują do naszego mechanistycznego światopoglądu. Tylko cierpliwe badania naukowe mogą poprawić, krok po kroku, stan naszej wiedzy.

What makes living beings singular and unique is—firstly—their state of functional dynamics, or teleonomic order, which we call vital organization, and—secondly—their ability to autonomously maintain and replicate this organizational state far from thermodynamic equilibrium by virtue of information, stored and used internally.
To, co czyni istoty żywe jedynymi w swoim rodzaju i wyjątkowymi to - w pierwszej kolejności - ich charakterystyczna funkcjonalna dynamika, czy też uporządkowanie ukierunkowane na cel, które możemy nazwać organizacją witalną, a - w drugiej kolejności - ich zdolność do samodzielnego utrzymywania i powielania tego stanu zorganizowania odbiegającego daleko od równowagi termodynamicznej, dzięki użyciu informacji, zapisanej i używanej wewnątrz organizmu.

They harness the laws of inanimate nature, but are themselves irreducible to those laws.
Wykorzystują prawa przyrody nieożywionej, ale same nie są do nich redukowalne.

As Monod emphasized for good reason, "objectivity obliges us to recognize the teleonomic character of living organisms, to admit that, in their structure and performance, they act projectively—realize and pursue a purpose." ... Anyone who attempts to negate purposes and goals, functions, and adaptations in biological thinking and research omits the “bios” from biology.
Jak Monod słusznie podkreślał, "obiektywność wymaga od nas by uznać teleonomiczny charakter organizmów żywych, przyznać, że, w swojej strukturze i działaniu, ukierunkowane są na cel, który realizują." (...) Każdy, kto próbuje pominąć zjawiska takie jak celowość, funkcje i adaptacja w analizie i badaniach biologicznych, usuwa "bios" z "biologii".

In every organism, we notice a “hierarchy of purposes”. The uppermost purpose in every case is to ensure the realization and perpetuation of the living state with its specific performances. All other purposes are subordinated to this. Throughout the long process of evolution, the organization of living beings has been perpetually adjusted in such a way that it guarantees their survival and multiplication.
W organizmach zauważamy "hierarchię celów". Najwyższym celem jest w każdym wypadku zapewnienie realizacji funkcji życiowych i ich utrzymania. Wszystkie inne cele są jemu podporządkowane. W długim procesie ewolucji, organizacja żywych istot była stale dostosowywana w taki sposób, by zapewnić ich przeżycie i zdolność powielania.

While in physics the causal connection soon became the dominating form of explanation, biologists cannot renounce teleonomic formulations and explanations because the objects of biological research are organized and, as such, are purposive and end-directed. Biologists would lose a great deal, methodically and heuristically, if they were prevented from using teleonomic language. That does not mean however that, unlike in physics, causal-analytic research in biology is “quite inadequate to its task,” as Russell (1945) assumed.
Podczas gdy w fizyce związek przyczynowo-skutkowy szybko stał się dominującym sposobem tłumaczenia [zjawisk], biolodzy nie mogą wyrzec się sformułowań i objaśnień teleonomicznych [mówiących o celu], ponieważ obiekty, które biologia bada, wykazują organizację i są, tym samym, ukierunkowane na cel. Biologia straciłaby bardzo wiele, metodologicznie i heurystycznie, gdyby przestała używać języka teleonomicznego. To nie znaczy jednak, że analityczna metoda badań zwracająca uwagę na przyczyny i skutki nie ma miejsca w biologii, jak zakładał Russell [nie chodzi o Bertranda Russella, tylko o brytyjskiego biologa i filozofa przyrody, Edwarda Stuarta Russella, autora książki "Form and Function" ("Forma i funkcja") oraz "The directiveness of organic entities" ("Celowość organizmów ożywionych")].

Teleonomic and causal-analytic explanations do not contradict but complement each other. A teleonomic explanation appeals to the end of the process. It concerns the function, which the process has to fulfill. ... A teleonomic explanation does not make the causal-analytic explanation superfluous but invites us to carry out supplemental causal research. Both forms of explanation have their role and importance in life sciences. All efforts to translate teleonomic statements into purely causal ones must fail.
Wytłumaczenia teleonomiczne i przyczynowe nie wykluczają się, raczej dopełniają się wzajemnie. Wytłumaczenie teleonomiczne odnosi się do celu jakiegoś procesu. Dotyczy funkcji, za którą dany proces odpowiada. Tłumaczenie teleonomiczne nie czyni wytłumaczenia przyczynowego zbytecznym, raczej zachęca, by podejmować dodatkowe badania. Obydwie formy tłumaczenia mają swoje miejsce w naukach przyrodniczych. Próby przełożenia sformułowań teleonomicznych na język przyczyn i skutków muszą zakończyć się niepowodzeniem.

... purposiveness cannot be something grafted onto the living beings but must be an essential immanent peculiarity of them.
(...) celowość nie jest czymś nadanym żywym istotom z zewnątrz, ale jest ich konieczną wewnętrzną cechą charakterystyczną.

The human-made electronic (computeral) systems grandiloquently heralded as “artificial life” that imitate some of the properties of natural life are far from actually being artificially created life. The same is true cum grano salis for the project called “Artificial Intelligence.
Wykonane przez człowieka elektroniczne (komputerowe) układy, które posiadają niektóre cechy życia, i są przesadnie nazywane "sztucznym życiem", w rzeczywistości pozostają bardzo daleko od prawdziwego sztucznego życia. To samo odnosi się, w trochę innym sensie, do przedsięwzięcia nazywanego "sztuczną inteligencją".

Despite several brilliant reflections and outstanding experiments on this subject, we must assume that there is still an unbridgeable hiatus between the prebiotic organic chemistry and primordial cells. The gap between life and lifeless has actually become wider rather than smaller as cytology, microbiology, biochemistry, and molecular biology have advanced. Ignoring this fact is both unhelpful and dishonest. With Jacques Monod, we must honestly admit that here we reach a real “sound wall”.
Pomimo kliku błyskotliwych eksperymentów w tym temacie, musimy uznać, że wciąż jest nieprzekraczalna bariera między pre-biotyczną chemią organiczną i najdawniejszymi komórkami. Przepaść między tym, co żywe, a tym, co nieożywione, tak naprawdę stała się jeszcze większa, a nie mniejsza, wraz z rozwojem cytologii, mikrobiologii, biochemii i biologii molekularnej. Ignorowanie tego faktu nie tylko nie pomaga [w dalszych badaniach], jest także nieuczciwe. Wraz z Jacquem Monodem musimy szczerze przyznać, że w tym punkcie uderzamy o "barierę dźwięku". [czy to miał na myśli Monod pisząc o "sound wall"?]

A state of “more or less” alive does not exist.
Nie istnieją stany "bardziej lub mniej żywe".

Nobody will contest that all matter, including organisms, consists of atoms. Furthermore, nobody will deny—not even the vitalists nowadays—that all physical laws are fully valid in organisms, too. That is not the issue. However, it most certainly does not follow that organisms are “nothing else but” an ensemble of atoms and the interactions occurring between them. It is not true that organisms and “everything that living things do can be understood in terms of the jigglings and wigglings of atoms” (Feynman). This statement does not even apply to human artifacts: Nobody would try to understand or explain the function of a clock, steam engine or computer in terms of the “jiggling and wiggling of atoms.” And it remains wrong even if we replace the term atoms by molecules.
Nikt nie zaprzecza, że cała materia, w tym organizmy żywe, składa się z atomów. Co więcej, nikt nie zaprzecza również - nawet współcześni witaliści - że wszystkie prawa fizyczne w pełni obowiązują wewnątrz organizmów. Nie o to toczy się spór. Ze wspomnianych twierdzeń nie wynika, że organizmy to "nic więcej ponad" zbiór atomów i oddziaływań między nimi. To nie prawda, że organizmy i "wszystko, co żywe istoty robią, da się wytłumaczyć w kategoriach podskakiwania i wiercenia się atomów" (Feynman). To zdanie nie odnosi się nawet do ludzkich artefaktów: nikt nie będzie próbował zrozumieć i wyjaźnić, jak działa zegarek, silnik parowy czy komputer w kategoriach "podskakiwania i wiercenia się atomów". I zamiana słowa "atomy" na "cząsteczki" nic tu nie zmienia.

"The more the elementary particle physicist tell us about the nature of the fundamental laws, the less relevance they seem to have to the very real problems of the rest of science."
"Im więcej fizyka cząstek elementarnych mówi nam o naturze podstawowych praw, tym w mniejszym stopniu wydają się one odnosić do zupełnie realnych problemów z innych dziedzin nauki" (cytat z fizyka, P. W. Andersona)

"It is not biology but physics that deals with too limited, too restricted class of systems."
"To nie biologia, tylko fizyka, zajmuje się zbyt ograniczonym zbiorem układów" (cytat z biologa teoretycznego, R. Rosena; wg mnie trafia w sedno - nie dlatego, że mam coś przeciw fizyce - jest potrzebna jak każda nauka - tylko dlatego, że faktem jest, że ograniczenia metodologiczne, jakie fizyka sobie narzuca, są dalej idące, niż te, które narzuca sobie biologia; dzięki temu jest bardziej "konkretna" i bardziej "naukowa", nie można jej tego odmówić - ale też w pewnym sensie "ślepa" na więcej rzeczy. Dlatego też oparcie całego swojego poglądu jedynie na fizyce - tzw. fizykalizm - tak bardzo zubaża człowieka)

O życiu - część 3.

Przeczytał to, co do tej pory napisałem o życiu, i nie jestem specjalnie z siebie zadowolony; mam wrażenie, że w chaosie zdań giną główne myśli, w dodatku tak naprawdę, chcąc w pełni zaprezentować tradycyjne stanowisko filozoficzne na temat życia, którego jestem zwolennikiem, chyba trzeba by zacząć od tradycyjnej metafizyki (takiej, jaka formowała się w Grecji, osiągając swego rodzaju pełnię u Arystotelesa, a później została rozwinięta przez św. Tomasza z Akwinu i jego kontynuatorów). Postaram się w tym wpisie jednak podsumować i trochę rozwinąć główne myśli i wrócić do punktu wyjścia - do dokonania Craiga Ventnera, który jakiś czas temu ogłosił na łamach "Science" stworzenie sztucznej żywej komórki - i spróbować zinterpretować to osiągnięcie.

Myślę, że materializm/redukcjonizm, który traktuje jako rzeczywiście istniejące tylko to, co najmniejsze (cząsteczki elementarne) to stanowisko jednoznacznie filozoficznie niespójne. Podobnie teoria, że wiedzę o świecie zdobywa się tylko za pomocą zmysłów i falsyfikacji. Obydwa założenie mogą być w pełni uzasadnione, jeśli mają charakter reguł praktycznych, metodologicznych, które nauka przyrodnicza sama na siebie narzuca, by skutecznie zająć się pewnym wycinkiem rzeczywistości (a historia udowodniła, że w taki tylko sposób da się zdobywać szczegółową wiedzę o wielu aspektach rzeczywistości). Jednak nie każda nauka, tylko jedna konkretna - fizyka cząsteczek elementarnych (przy czym redukcjonizm, empiryzm i falsyfikacjonizm nie wystarczą - potrzebne są jeszcze kolejne założenia, np. 1) że istnieje przyczynowość sprawcza, której, co wykazał Hume, same zmysły nie są w stanie uchwycić, 2) że przyroda jest jednolita, regularna, opisywalna matematycznie; i potrzebny jest mimo wszystko rozum, nawet jeśli ograniczony pewnymi ramami, oraz wyobraźnia). Trzeba pamiętać, że fizyka cząstek elementarnych, przyjmując takie zasady metodologiczne, nie jest już nauką w sensie tradycyjnym (taka zajmuje się pewną wiedzą o całej rzeczywistości), tylko zamienia się w heurystykę - praktyczną metodę rozwiązywania problemów z jakiegoś zakresu. Niemniej jednak - contra Bas van Fraassen i inni anty-realiści - dotyczy to tylko samego rdzenia tej dziedziny, natomiast to, co zwykle rozumiemy przez fizykę cząstek elementarnych, jak każde ludzkie przedsięwzięcie badawcze, w sposób konieczny stara się również powiedzieć coś o rzeczywistości jako takiej, stara się być nauką w sensie tradycyjnym. Na przykład, postulując kwarki, fizycy starają się w pierwszym rzędzie stworzyć bardziej spójny, lepiej oddający obserwowalne zjawiska, model matematyczny; nie da się jednak uniknąć pytania (i nie powinno ludzi dziwić, że fizyka tego typu pytania stawia i daje na nie odpowiedzi, ba - żeby dawać odpowiedzi na tego typu pytania, buduje ogromne konstrukcje, jak sławny ostatnio akcelerator hadronów w CERNie), czy takie byty, jak kwarki, rzeczywiście istnieją, a jeśli tak, czy rzeczywiście mają takie a takie właściwości itd. Tu jednak pojawia się zastrzeżenie (i w tym punkcie warto czytać van Fraassena, Pierre'a Duhhema itd.): metoda, jaką fizyka cząsteczek elementarnych na siebie narzuca (wszystkie metodologiczne ograniczenia, o których była mowa, a także ogólny schemat postępowania: tworzenie interpretacji rzeczywistości, które następnie weryfikuje przez eksperyment) sprawia jednak, że nigdy nie stanie się w pełni nauką w sensie tradycyjnym, nigdy jej teorie nie będą pełnym odbiciem rzeczywistości. Tworzy ona jednak, wraz z innymi naukami (z których każda w inny sposób samą siebie ogranicza pewnymi metodologicznymi więzami) część większej całości, która zbliża się do takiej nauki, która daje pewną wiedzę o rzeczywistości, jako swojej idealnej granicy. Piszą o tym we wspólnej książce pt. "Ewolucja fizyki" (1938 r.) polski fizyk Leopold Infeld i Albert Einstein (cytat ten znalazłem w tekście Charlesa de Konincka):

Physical concepts are free creations of the human mind, and are not, however it may seem, uniquely determined by the external world. In our endeavor to understand reality we are somewhat like a man trying to understand the mechanism of a closed watch. ... He will never be able to compare his picture with the real mechanism ... But he certainly believes that, as his knowledge increases, his picture of reality will become simpler and simpler and will explain a wider and wider range of his sensuous impressions. He may also believe in the existence of the ideal limit of knowledge and that it is approached by the human mind. He may call this ideal limit the objective truth.

Terminy fizyczne są swobodnymi tworami ludzkiego umysłu i nie są, choćby tak się nam zdawało, jednoznacznie zdeterminowane przez świat zewnętrzny. W naszym staraniu, by zrozumieć rzeczywistość, przypominamy w jakimś stopniu człowieka, który stara się pojąć zakryty mechanizm zegarka. (...) Nigdy nie uda mu się porównać swojego obrazu z prawdziwym mechanizmem  (...) Niemniej jednak, wierzy on, że w miarę, jak jego wiedza rośnie, jego obraz rzeczywistości będzie coraz prostszy i będzie tłumaczył coraz szerszy zakres jego zmysłowych doświadczeń. Uzasadniona jest także jego wiara w idealną granicę wiedzy, do której dąży ludzki umysł. Można nazwać tę idealną granicę obiektywną prawdą.

Współczesna nauka często dopuszcza się dwóch błędów, a mianowicie zapomina, że:
1) współczesne dziedziny naukowe nie są naukami w sensie tradycyjnym, tylko dążą do takiego statusu, jako do granicy; tym samym, na przykład, choć odkrycia naukowe nie są bez znaczenia dla metafizyki, dziedzina ta, jako nauka w sensie tradycyjnym par excellence, nie jest przedawniona czy też przekreślona przez rozwój współczesnych nauk (np. zasada nieoznaczoności Heisenberga bynajmniej nie zaprzecza metafizycznej zasadzie niesprzeczności); jest wręcz odwrotnie - znajomość metafizyki ma wielkie znaczenie dla dobrego uprawiania współczesnych nauk i wyciągania z nich wniosków; podobnie filozofia przyrody, która w takim zakresie, w jakim jest wolna od pomyłek i błędów, jest nauką w sensie tradycyjnym; zapominanie o tym, że poszczególne nauki przyrodnicze zajmują się tylko wycinkiem rzeczywistości, często niestety prowadzi do charakterystycznej dla naszych czasów "filozoficznej schizofreniii" - niektórzy naukowcy czują się zobligowani do wiary, że, powiedzmy, fizykalizm (który wszystko sprowadza do zjawisk fizycznych) jest prawdziwy w sensie absolutnym, a nie tylko jako metodologiczne samoograniczenie właściwe dla fizyki, ale gdy wrócą do domu, do żony, dzieci i psa, swoim zachowaniem siłą rzeczy zaprzeczają wyznawanej przez siebie filozofii;
2) różne nauki mają różne heurystyki, bo zajmują się różnymi wycinkami rzeczywistości, i tak np. redukcjonizm właściwy fizyce cząsteczek elementarnych nie jest uprawniony w biologii.

Biologia zajmuje się organizmami żywymi i tym samym nie może przyjmować założeń redukcjonistycznych, ani nadmiernie ograniczać rozumu, bo rozum jest potrzebny chociażby po to, żeby uchwycić istnienie życia, którego nie dostrzegają same zmysły (przy czym nie chodzi tu o zawieszony gdzieś w przestrzeni rozum racjonalistów, ale o rozum człowieka, rozumnego zwierzęcia). Człowiek może wiedzieć, że życie istnieje, przede wszystkim dzięki introspekcji. Nigdy nie przyszłoby nam pewnie na myśl, że może być coś takiego, jak życie, gdybyśmy - per impossibile - sami nie żyli. Współczesna filozofia analityczna zajmuje się podobnym problemem, mówiąc o tzw. "filozoficznym zombie" (inaczej p-zombie; o p-zombiech są całe książki filozoficzne!), który jest hipotetyczną istotą na zewnątrz zachowującą się jak my, ale wewnątrz nie posiadającą ani świadomości, ani rozumu, ani w ogóle życia. Skąd wiemy, że ludzie wokół nas nie są takimi filozoficznymi marami? Dzięki własnemu doświadczeniu świadomości, rozumu, życia. Tak samo należy odpowiedzieć na pytanie: skąd wiemy, że zwierzęta są żywe. Przede wszystkim dzięki naszej pewności co do istnienia samego życia, która bierze się ze znajomości samego siebie. Pisał o tym św. Tomasz z Akwinu w komentarzu do "O duszy" Arystotelesa:

Nauka o duszy [dusza to to, co sprawia, że organizmy żywe są żywe, a nie jakieś mityczne niewidzialne stworzenie] jest bardzo pewna przez wzgląd na to, że każdy doświadcza w sobie, że ma duszę i że posiada zdolności właściwe dla duszy.

Skąd wiemy, że istnieje jakaś dusza, że istnieje życie, a nie tylko zewnętrzne oznaki życia, "zdolności właściwe duszy"? Dzięki rozumowi, który chwyta nie tylko zewnętrzne oznaki rzeczy, ale rzeczy same w sobie i ich istoty, jako źródła, z których te manifestacje wypływają (jak wcześniej pisałem, np. Bertrand Russell kwestionował istnienie czegokolwiek poza "seriami zdarzeń", mówiąc, że zdarzenia te nie potrzebują wypływać z żadnego źródła (w jego słowach - wisieć na haczyku), mogą istnieć tak po prostu; pozycja Russella pociąga za sobą jednak wiele problemów). Dalej Tomasz:

To, czym dusza jest koniecznie i sama w sobie wiemy przez wiedzę płynącą z doświadczenia, która pozwala człowiekowi poznawać, poprzez jego czyny, ich wewnętrzne źródła: tak więc dowiadujemy się o woli, pragnąc, a o życiu poprzez nasze czynności życiowe.

Życie pulsujące w innych stworzeniach człowiek poznaje przez analogię. Żeby pozostać przy Tomaszu, można zacytować jego zdanie o tym, skąd wiemy, że inni ludzie mają rozum: "[Intelekt] poznając samego siebie, poznaje także inne intelekty w takiej mierze, w jakiej jest do nich podobny." Tak samo życie w innych organizmach poznajemy w takiej mierze, w jakiej jesteśmy do nich podobni. Nic dziwnego więc, że łatwiej nam zrozumieć życie zwierząt niż roślin (choć, gdy zaczynamy studiować je dokładnie, życie zwierząt okazuje się bardziej skomplikowane niż roślin). To także zauważył już parę wieków temu Tomasz, który pisał w sławnym fragmencie, że życie roślin jest ukryte, a życie zwierząt - łatwo widoczne.

Jeśli chcemy doszukać się jakiegoś prostego do zdefiniowania wyróżnika życia, wydaje się, że może być nim tzw. przyczynowość immanentna: organizmy żywe działają na siebie same ze względu na siebie same (tzn. aby się jakoś "udoskonalić", poprawić swój stan; w organizmach żywych mamy więc do czynienia z tym, co Arystoteles nazywał przyczynowością celową). Inaczej jest w przypadku tzw. przyczynowości przechodniej (inaczej tranzytywnej; w poprzednich wpisach nazywałem ją "ślepą", co jest bardzo niedoskonałym określeniem, ale oddaje pewne jej aspekty) właściwej dla bytów nieożywionych, które oddziałują nie na siebie, tylko na inne byty, i nie przez wzgląd na cokolwiek. Oczywiście w istotach żywych też mamy do czynienia z przyczynowością przechodnią: po pierwsze, gdy mówimy o przyczynowości rządzącej składnikami ich ciał rozpatrywanymi (co możemy robić tylko poprzez abstrakcję od ich rzeczywistej sytuacji) oddzielnie od ciała, po drugie, gdy np. zwierzę, albo człowiek, oddziałuje na jakiś inny obiekt (niemniej jednak, o ile nie oddziałuje na tenże obiekt tylko dlatego, że się np. potknęło/potknął, jednocześnie zawsze istnieje także jakaś inna, "wewnętrzna", przyczyna).

Tyle jeśli chodzi o podsumowanie i rozwinięcie tego, o czym była już mowa. Jakie płyną z tego wnioski? Podstawowy wniosek: organizmy żywe różnią się w sposób jakościowy od bytów nieożywionych, jednak nie ze względu na posiadanie jakiegoś innego składnika, tylko dlatego, że są po prostu innym rodzajem rzeczy. W związku z tym, czy może (czy mogło w przeszłości) powstać życie z nie-życia? I tak, i nie. Nie mogło na pewno w takim sensie, że cząsteczki nieożywione złączyły się w zbiór cząsteczek i ten zbiór, pozostając jedynie zbiorem, zaczął zachowywać się, jakby był żywy. Bo skąd nagle wzięła się przyczynowość immanentna, gdy do tej pory była tylko przyczynowość przechodnia? Dlaczego cząsteczki w momencie stworzenia zbioru, zaczęły działać - w sensie dosłownym, nie w przenośni - na rzecz zbioru, a nie bez żadnego celu, jak to się dzieje w świecie nieożywionym? To tak, jakby skonstruowany przez nas robot, który jest tylko zestawem różnych składników, miał nagle ożyć - jest to w oczywisty sposób niemożliwe. Podobnie także w eksperymencie Craiga Ventnera - jeśli polegał on na połączeniu nieożywionych składników w jeden zbiór, to ten zbiór nie mógł się stać żywy tak po prostu.

Cały problem przypomina dyskusję (która w filozofii nauki pojawiła się w związku z tzw. "teorią chaosu") na temat tego, czy nie-chaotyczna rzeczywistość mogła wyłonić się z chaosu. Owszem, ale tylko jeśli ten "chaos" posiada zdolność "wyprodukowania" nie-chaosu. Tym samym, choć fizyka ma prawo używać terminu "chaos" (bo chodzi o coś, co ma wiele cech, które nasza wyobraźnia łączy z tym słowem), nie chodzi o chaos w sensie metafizycznym, coś pozbawionego wszelkich potencjalności, właściwości, zdolności - musi bowiem tenże "chaos" posiadać zdolność wydania nie-chaosu. Potwierdza to zresztą fakt istnienia "teorii chaosu" - nie można stworzyć teorii na temat czegoś, o czym nic nie da się powiedzieć; tym bardziej nie można opisać takiego chaosu matematycznie. Podobnie jest z kwestią stworzenia życia z nie-życia. Żeby coś takiego mogło się zdarzyć, wspomniane "nie-życie" musi posiadać w sobie życie, choćby w sensie potencjalnym. Czy więc wystarczy powiedzieć, że nieożywione składniki posiadały życie potencjalnie? To trudne pytanie, bo "potencjalności" nie przyznaje się rzeczom a priori, tylko sprawdza się ich istnienie empirycznie, taka jest rola nauki: bada, jakie właściwości mają rzeczy. Jeśli mielibyśmy całkowitą pewność, że życie powstało z nieżycia, byłoby to chyba uzasadnione, jako jedyne możliwe wyjście. Tak uważał na przykład św. Tomasz z Akwinu, który był przekonany o istnieniu potwierdzonych przypadków samorództwa (które wydawało się być naukowym faktem aż do XIX w.). My jednak nie znamy żadnych przypadków samorództwa, oprócz jednego razu, który miał się wydarzyć w przeszłości (oczywiście nowym przykładem samorództwa mógłby być eksperyment Craiga Ventnera, o którym za chwilę). Innymi słowy, nie ma żadnych naukowych dowodów na istnienie takiej zdolności w jakichkolwiek bytach nieożywionych; nikt nie przeprowadził doświadczenia, w którym z mieszaniny nieożywionych składników powstałaby np. jakaś niezwykle prosta bakteria. Na tym opiera się zresztą powszechnie dziś przyjęta definicja tego, co nieożywione, jako nie posiadającego nawet potencjalnie zdolności tworzenia żywych istot. Niemniej jednak rozumiem osoby, które mówią, że taka potencjalność musi być obecna, choćby dlatego, że organizmy żywe są w końcu w pełni materialne w tym sensie, że składają się tylko z materialnych składników (pomijam kwestię człowieka). Wydaje się, że to w tym momencie stanowisko najbardziej popularne. Np. znany filozof Alasdair MacIntyre w swojej ostatniej książce, cytując słowa starożytnego filozofa, Plotyna "Z całą pewnością materia nie tworzy regularności i nie wydaje życia.", odpowiada: "My jednak mamy wszelkie powody by przypuszczać, że w pewnych warunkach materia robi dokładnie te rzeczy". Świadom jest on jednak, że zmienia to obraz materii nieożywionej - nie jest ona już tak całkiem "nieożywiona", bo jest "potencjalnie ożywiona", posiada wewnętrzną tendencję do tworzenia żywych organizmów, obdarzonych teleologią. Przywołuje zdanie biologa Stuarta A. Kauffmana, że życie jest w pewnym sensie przewidywalnym skutkiem skomplikowanych systemów chemicznych. Można jednak zarzucić MacIntyre'owi, że zbytnio wierzy w teorię samo-organizacji, której Stuart A. Kauffman jest zwolennikiem, a która z filozoficznego punktu widzenia wydaje się nie do końca spójna.

Tak czy inaczej, gdyby okazało się, że "materia" nieożywiona posiada potencjalną zdolność do tworzenia żywych organizmów i ktoś na dowód tego "stworzyłby" bardzo prosty organizm żywy ze składników nieożywionych, nie znaczyłoby to, że ten ktoś rzeczywiście stworzył życie. To życie było potencjalnie obecne w użytych przez niego elementach, a on jedynie wykazał, że oprócz tradycyjnego "omnis cellula e cellula" istnieje jeszcze inny sposób w jaki organizm żywy może powstać. Nie stworzyłby sztucznego życia, tak jak chemik nie tworzy sztucznej wody, gdy wywołuje reakcję wodoru z tlenem. Woda po prostu może powstać i w takich okolicznościach. Nowoczesne (tzn. obecne co najmniej od początku epoki nowożytnej - już Newton we wstępie do swoich "Matematycznych podstaw ..." pisał, że "każde ciało może zostać przemienione w inne, jakiegobądź rodzaju") przeświadczenie o tym, że człowiek jest zdolny tworzyć coś z niczego i nadawać rzeczom dowolne właściwości jest mylne - odkrywa on po prostu właściwości i potencjalności obecne w przyrodzie i wykorzystuje je do swoich celow. Co więcej, taki naukowiec nie byłby świadkiem powstania zbioru cząsteczek, który żyje, ale powstaniem nowego (ożywionego) bytu (owszem, zbudowanego z odpowiednich elementów składowych) z kilku innych (nieożywionych) bytów, czyli klasycznego przykładu "przemiany substancjalnej". Przemiany, w dodatku, znacznie bardziej wyraźnej niż np. przemiana wodoru i tlenu w wodę, bo pociągającą za sobą powstanie czegoś zupełnie zupełnie różnego od substratów podlegających przemianie.

Jakie są inne możliwości? Na myśl (pod wpływem Davida S. Oderberga) przychodzą mi dwie i nawet mi się one podobają, zwłaszcza, gdy pomyślę sobie o osłupieniu, jakie z pewnością muszą wywoływać u osób o naturalistycznym/materialistycznym światopoglądzie (który, z całym szacunkiem dla wyznających go, często bardzo mądrych, osób, odbiera w moim odczuciu odwagę do stawiania śmiałych hipotez, które w nauce są potrzebne; nie było według mnie przypadku w tym, że teorii Wielkiego Wybuchu, o którym za chwilę, nie zaproponował po raz pierwszy materialista). Pierwsza możliwość: że pierwszy organizm żywy, być może bardzo prosty, pojawił się z zaskoczenia w pewnym momencie historii wszechświata: wyskoczył z nicości. Co ciekawe, metafizyczna możliwość pojawienia się czegoś w taki sposób daje się dość dobrze bronić filozoficznie, ale żeby ta możliwość nie pozostała śmieszną anegdotą, trzeba by temat bardzo rozwinąć. Druga możliwość: że jakiś niezwykle prosty, zupełnie niepodobny do istniejących organizmów żywych, a jednak wykazujący przyczynowość immanentną (a tym samym - żywy), byt, był jednym z produktów Wielkiego Wybuchu, a wszystkie następne organizmy żywe powstawały z niego, bo, jako żywy, miał bez wątpienia metafizyczną zdolność "powodowania" życia (pomijam tu kwestie filozoficzne dotyczące ewolucji gatunków).

Na koniec parę zdać o eksperymencie Ventnera i jego współpracowników. Z pewnością ich dokonanie jest bardzo doniosłe i zasługuje na rozgłos. Mam jednak wrażenie, że autorzy, mówiąc o "sztucznym życiu", narzucają odbiorcom, być może nieświadomie, trochę przesadną interpretację swoich dokonań. Co takiego zrobili? Wprowadzili do żywej komórki bakteryjnej łańcuch DNA bardzo podobny do genomu tej bakterii, ale zsyntetyzowany metodami chemicznymi i biotechnologicznymi (przy użyciu drożdży) i zawierający kilka fragmentów o tym świadczących (np. "zaszyfrowane" przy użyciu zasad DNA imiona członków zespołu i adres e-mail). Jeśli dobrze rozumiem (jest to trochę niejasne w artykule zespołu Ventnera) po podziale jedna z komórek potomnych zawierała tylko ten "syntetyczny" genom, a jednak żyła i była zdolna do podziału. Można obliczyć, że po dużej liczbie podziałów komórki nie posiadałyby już starych białek, zakodowanych przez "naturalny" genom komórki wyjściowej, a jedynie białka kodowane przez "sztuczny" genom. Oczywiście nie ma w tym eksperymencie ani jednego momentu, w którym z nie-życia stworzono życie, jedynie może niektórych dziwi, że "sztuczny" genom - który jest sztuczny tylko w umownym sensie, bo jeśli chodzi o geny potrzebne do życia bakterii, niczym nie różni się od naturalnego - może funkcjonować równie dobrze jak naturalny. Ale żeby to miało wydawać się dziwne, trzeba by przypuszczać, że organizmy żywe zbudowane są z innego rodzaju składników, niż żywe. Tymczasem że tak nie jest, udowodnił już w 1828 r. Fryderyk Wöhler syntezując mocznik metodami chemicznymi.

Artykuły opisujące dokonanie zespolu Craiga Ventnera:

• ostatni artykuł, w którym naukowcy z tego zespołu ogłosili stworzenie komórki z laboratoryjnie zsyntetyzowanym genomem: Science, 2010, 329 (5987), strony 52-56.
• artykuł opisujący kluczowy etap tego procesu, syntezę sztucznego genomu i jego wprowadzenie do bakterii: Science, 2009, 325 (5948), strony 1693-6.

O życiu - część 2.

Dominuje dziś przekonanie, że organizmy żywe to zbiory (kolekcje). Co do tego, czego (tzn. jakich elementów) są to zbiory, nie ma już tak powszechnej zgody. Zazwyczaj zakłada się, że cząsteczek - ale też nie bardzo wiadomo, czy białek (jak w sentencji Lenina i fragmencie piosenki Osieckiej: "życie jest formą istnienia białka"), czy atomów, czy kwarków, czy jakichś elektromagnetycznych "chmur" albo "gęstości"; wszak skąd mamy wiedzieć, na jakim poziomie budowy materii się zatrzymać? Skoro nie wiemy na jakim, szukamy cząsteczek możliwie najbardziej elementarnych, o których można by z czystym sumieniem powiedzieć, że wszystko się z nich składa, jak układanka z puzzli - tylko że im głębiej brniemy, tym dziwniejsze są napotkane "drobiny" i tym mniej nadają się do roli prostych elementów składowych (choć dla niektórych to zaleta - wszak trudno sobie wyobrazić, żeby cokolwiek musiało być czymś więcej niż zbiorem cząsteczek, jeśli te cząsteczki to bliżej nieokreślone "chmury" opisywalne równaniami przy których - gdy rozpatrzymy parę takich cząsteczek naraz - wysiadają nasze superkomputery).

Wybitny filozof Bertrand Russell pisał z kolei (w "Dziejach filozofii Zachodu") o zbiorach "wydarzeń" (ang. "events", "occurrences"). Mówimy o człowieku - np. panu Smithie - ale w rzeczywistości chodzi nam tylko o pewien zbiór kolorów, które widzimy, gdy patrzymy na "pana Smitha", pewien zbiór dźwięków, które słyszymy, gdy słuchamy jak mówi, i tak dalej. W najlepszym wypadku może istnieć zbiór pewnych faktów, zdarzeń (pan Smith był chory, potem wyzdrowiał, zrobił to czy tamto), ale wiara, że "pan Smith" jest czymś bardziej trwałym i jednolitym niż tenże szereg faktów jest - pisze Russell - błędna. Wydaje nam się, że te wszystkie "dane zmysłowe" oraz zdarzenia, których jesteśmy świadkami, muszą wychodzić ze wspólnego źródła, muszą wisieć na jednym "haczyku" - jednolitym konkretnie istniejącym bycie, którego dotyczą - ale Russell twierdzi, że nie muszą, tak jak Ziemia nie musi być podtrzymywana przez słonia, jak w dawnych mitologiach, żeby istnieć ("They have in fact no need of a hook, any more than the earth needs an elephant to rest upon"). Te wszystkie zdarzenia po prostu istnieją, tak jak wszystko inne na tym świecie po prostu istnieje (tak zresztą można w jednym zdaniu streścić całą metafizykę Russella, która jest metafizyką "istnienia po prostu"). Porównajmy pana Smitha do Francji: krainę geograficzną nad Sekwaną, Loarą i Rodanem nazywamy Francją, ale przecież jedynie dla "językowej wygody", w rzeczywistości nie ma czegoś takiego jak jednolita "Francja", są jedynie jej części ("there is not a thing called 'France' over and above its various parts"). "Francja" jako spójna całość, można by dodać, może zaistnieć w wyniku ludzkiej konwencji, tzn. jeśli ludzie umówią się, że istnieją granice, które określają dokładnie, gdzie się znajduje - ale nie istnieje obiektywnie, niezależnie od człowieka. Tak samo pan Smith (i każdy inny organizm żywy) jest tylko "zbiorem zdarzeń", zdefiniowanym przez człowieka dla językowej - czy też semiotycznej - wygody: wszak taki już jest nasz język, że zdania mają podmioty, więc trzeba jakieś podmioty wyszukać, choćby na siłę. Russell za dużo naczytał się starożytnej filozofii i za dużo wypił angielskiej herbaty z mlekiem, grzejąc się przy kominku, żeby być prostym naturalistą, ale naturalista mógłby pokusić się jeszcze o usuwające wszystkie wątpliwości wytłumaczenie ewolucyjne dla takiego stanu rzeczy: dobrze jest, na przykład, postrzegać wszystkie kwarki tworzące wilka, albo wszystkie dźwięki, kolory i wydarzenia, dotyczące wilka, jako jedną całość, jednostkę, podmiot, bo wtedy łatwiej zidentyfikować zagrożenie, jakie ten konkretny zbiór cząsteczek czy zdarzeń dla nas stanowi. Dlatego nasze zmysły i nasz mózg tak wyewoluowały przez miliony lat, by dostrzegać raczej wilka niż zlepek kwarków, ale nie znaczy to, że tenże wilk obiektywnie istnieje.

Pojawia się jednak problem. Załóżmy, że pan Smith jest tylko zbiorem cząsteczek albo zdarzeń, tak samo wilk i każdy inny organizm żywy. Których cząsteczek/zdarzeń jest pan Smith zbiorem? Tych, które go tworzą - odpowiemy. Ale tutaj kryje się klasyczny błąd logiczny (tzw. błędne koło), na który zwraca uwagę choćby filozof Crawford Elder: mówimy, że pan Smith jako taki nie istnieje, że istnieje tylko zbiór cząsteczek (pomińmy na razie "zbiory zdarzeń" Russella), ale żeby określić, które cząsteczki należą do tego zbioru, potrzebujemy jednak, żeby pan Smith, jako całość, istniał, bo inaczej nie możemy powiedzieć, które cząsteczki do niego należą, a które nie (tyczy się to zwłaszcza takich "zbiorów", jak organizmy żywe, których skład cząsteczkowy się ciągle zmienia - co sekundę obumierają jakieś komórki, inne powstają, zachodzi wymiana gazowa itp.). Żeby uniknąć tego błędu musielibyśmy przestać mówić o organizmach żywych jako "zbiorach cząsteczek", a mówić po prostu, że organizmy żywe nie istnieją, że istnieją jedynie cząsteczki, które zachowują się zgodnie ze swymi prawami, wywołując przy okazji różne efekty makroskopowe, które w rzeczywistości są tylko pozorne i nie warto się nimi interesować. Ponieważ nie ma organizmów żywych, nawet rozumianych jako "zbiory cząsteczek", nie ma "właściwości charakterystycznych dla organizmów żywych", o których rozpisują się podręczniki do biologii. W ogóle biologia jest w takim razie pseudonauką, która postuluje jakąś usystematyzowaną wiedzę na temat istot (lub choćby zbiorów), które obiektywnie nie istnieją. W rzeczywistości rację bytu ma tylko fizyka (a konkretnie tylko fizyka cząsteczek elementarnych), pozostałe dziedziny wiedzy mogą mieć zastosowanie praktyczne, ale o rzeczywistości jako takiej nie mówią nam nic. Spełnia się tym samym przepowiednia amerykańskiego biologa, Joela L.Cohena, że zazdroszczenie fizykom jest przekleństwem biologii ("Physics-envy is the curse of biology").

To jednak jeszcze nie koniec. Skoro uważamy, że w przestrzeni nie istnieją żadne byty, a jedynie elementarne cząsteczki, czy nie tak samo powinno być w czasie - w końcu czas to jedynie (jak chce wielu współczesnych filozofów nauki) czwarty wymiar, nie różniący się niczym od trzech wymiarów przestrzeni? A jeśli tak, to nawet poczciwych cząsteczek elementarnych nie można zostawić w spokoju. Dlaczego bowiem ten oto kwark miałby być tym samym kwarkiem w tej sekundzie, co sekundę temu, albo nawet co jedną milionową sekundy temu? Czy nie są to dwie różne cząstki czasoprzestrzeni, które my uznaliśmy za jedną całość (dla językowej wygody, a tak w ogóle to po prostu dlatego, że nasze mózgi są produktem ewolucji)? Czy w takim razie można w ogóle mówić o jakichś "właściwościach" i "prawach" tych cząsteczek elementarnych, jeśli w rzeczywistości są to właściwości i prawa pewnych zbiorów cząsteczek (bo w przypadku nieskończenie krótkich fragmentów czasoprzestrzeni nie da się mówić o żadnych prawach, właściwościach, równaniach - w nieskończenie krótkim czasie nic się nie dzieje, a właściwości, prawa i równania opisują zawsze jakieś "dzianie się"), zbiorów, które my sami zdefiniowaliśmy i które obiektywnie nie istnieją jako zbiory? Tutaj należy wrócić jeszcze do cząsteczek istniejących w przestrzeni: jeśli najbardziej elementarne cząsteczki, jakie udało nam się znaleźć nadal posiadają jeszcze jakieś wymiary, to czy na te wymiary nie zgodziliśmy się dlatego, że tych cząsteczek nie dało się już na nic podzielić? Bo jak inaczej wytłumaczyć, że jedna połowa, dajmy na to, kwarka, miałaby tworzyć całość z drugą połową? Chyba tylko jeśli nijak nie da się ich od siebie oddzielić (też można by dyskutować, czy taka definicja elementarności jest słuszna). Ale jeśli nie patrzymy już na żadne dynamiczne procesy - bo w rzeczywistości sprowadzają się one do postulowania istnienia w czasoprzestrzeni zbiorów, które nie istnieją - to nasze kryterium elementarności (niepodzielność) przestaje działać i zostaje nam tylko rozpatrywać cząstki nieskończenie małe (bezwymiarowe).

Dochodzimy tym samym do obrazu świata, o którym nawet Bertrand Russell nie śmiał marzyć, świata, który jest czteroosiowym układem współrzędnych, na którym pewne elementarne, nieskończenie małe i krótkie, punkty (zaburzenia?) po prostu są, nie ma natomiast żadnych równań, właściwości, praw, wzorów, zbiorów. Żadnych obiektów rozciągłych w przestrzeni bądź czasie. Jeśli do tego dołożymy uwagę, z którą wielu logików się zgodzi, że rzeczy "nieskończenie małe" mogą istnieć jedynie umownie, jako "idealne" granice pewnych szeregów, a nie rzeczywiście (jeśli nie, to wydaje mi się, że na nowo musimy się rozprawić z paradoksami Zenona z Elei), dochodzimy do wniosku, że w ogóle nic nie istnieje. Że tak po prostu nic nie istnieje (a jedynie nasz mózg coś dostrzega, bo wyewoluował, by dostrzegać). 

Cały ten obraz jest pełen logicznych paradoksów i ogólnie jest absurdalny, a w dodatku stoi w sprzeczności z tym, co na pewno wiemy o świecie, tzn., że dość dużo rzeczy (w tym my sami) jednak istnieje. Spróbujmy więc trochę inaczej podejść do świata. 

Po pierwsze: czas nie jest  po prostu czwartym wymiarem. Fizyka wcale nie jest zgodna, co do tego, czy czas można traktować tak samo jak przestrzeń (np. w równaniach wyrażających teorię względności - jak zauważa David S. Oderberg - czas nie jest traktowany symetrycznie do trzech wymiarów przestrzeni), ale nawet, gdyby była co do tego zgodna, to wcale by z tego nie wynikało, że czas się niczym nie różni od wymiarów przestrzeni: na jabłkach można dokonywać takich samych działań matematycznych, co na ludziach i tak samo skutecznie można opisać ich ruch przy pomocą kinematyki, ale jednak jabłka i ludzie to nie to samo. Inne jeszcze problemy z traktowaniem czasu w metafizyce jako czwartego wymiaru wymienia angielski logik i filozof (mąż Elizabeth Anscombe) Peter Geach w książce "Logic matters" (dedykowanej, nota bene, Polakom, zwłaszcza polskim logikom - oryginalne brytyjskie wydanie zawiera dedykację po polsku: "Ku czci tych co polegli w sprawie Ojczyzny").


Jeśli uznamy już, że czas nie jest tylko czwartym wymiarem, możemy docenić, jak przydatny jest on w odkrywaniu tego, co istnieje. Czas istnieje dlatego, że w rzeczywistości zachodzą zmiany, jest on bowiem - miał rację Arystoteles - miarą zmiany. Wyobraźmy sobie teraz "zamarzniętą Ziemię", na której nie zachodzą żadne zmiany, która tak po prostu trwa. Stykając się z takim światem, nie moglibyśmy powiedzieć, co na nim istnieje. Może, na ten przykład, ptak stanowi całość z drzewem, na którym siedzi. Nie da się tego rozsądzić. W takim razie najlepiej znów założyć, że istnieją tylko elementarne cząsteczki - ale na zamarzniętej Ziemi o wiele trudniej być materialistą, niż na naszej. Bo skąd wiemy, gdzie cząsteczka się kończy, a gdzie zaczyna. Znów wraca pytanie, czy jedna połowa kwarka stanowi całość z drugą, czy jest czymś odrębnym i tym razem znów nie da się na nie odpowiedzieć. Pozostaje więc albo powiedzieć, że wszystko, co istnieje, stanowi jedną całość (to chyba sensowne wyjście), albo, że istnieją tylko nieskończenie małe fragmenty (co już wiemy, jak się kończy). Tak naprawdę jednak powinniśmy powiedzieć, że niewiele o tym zamarzniętym świecie wiemy.

Lecz teraz wyobraźmy sobie, że Ziemia nagle odtaje. Ptak odlatuje z gałęzi i za chwilę siada na innej i nasz rozum w lot chwyta, że ptak jest czymś oddzielnym od drzewa i że przypuszczalnie istnieje jako samodzielny byt (rozum, bo "gołe" zmysły są ślepe na istnienie różnych bytów w świecie, tak jak są ślepe na istnienie przyczynowości - patrz poprzedni wpis). Dlaczego? Bo zauważa, że to coś, co określamy jako ptak, posiada szereg właściwości, które były w stanie przetrwać zmiany, które zaszły (np. zmiany położenia), podczas gdy "drzewo-ptak" okazał się krótkotrwałym połączeniem, które w dodatku w zasadzie nie posiada żadnych właściwości, nie sprowadzających się do sumy właściwości obydwu elementów. Wytrawny badacz mógłby się zająć trudniejszym problemem: czy ptak istnieje, czy raczej elementy, z których on się składa, dajmy na to - kwarki. Może z ptakiem jest tak, jak z "dzrzewem-ptakiem", które okazało się być jedynie  "przygodnym" zbiorem elementów. Badacz odkryje, że, po pierwsze, skład ptaka się stale zmienia (wymienia on różne substancje z otoczeniem - gazy, składniki mineralne, wodę, różne komórki w nim obumierają, inne się tworzą) mimo iż ptak jako taki trwa, a, po drugie, posiada on właściwości, których żaden element składowy, w ogóle żaden nieożywiony byt, nie posiada (np. zdolność do odżywiania się po to, by przeżyć) i które znikają, gdy ptak straci życie, choć tworzące go elementy składowe zostają, gdzie były. W ten sposób raczej dojdzie do wniosku, że ptak istnieje jako całość (choć równocześnie prawdą jest, że składa się on z elementów składowych, ale to nie wyczerpuje tego, czym ptak jest).


Nie da się określić jednego definitywnego algorytmu, jak należy badać świat, jak odkrywać, co istnieje i jakie, to co istnieje, jest. W dodatku łatwo o błąd. Możemy np. dojść do wniosku, że drzewo stanowi całość z rosnącą na nim jemiołą (bo wiele na to wskazuje), by po głębszej analizie biologicznej zauważyć, że są to dwa oddzielne, choć zależne od siebie, organizmy. Wiedzy o świecie nie zdobywa się łatwo, ale nie dlatego, że świat jest zupełnie tajemniczy (choć w jakiejś mierze tajemniczy jest) i nie mamy do niego żadnego dostępu - tylko dlatego, że jest tak wiele rzeczy, które można poznać, że głowa pęka od nadmiaru. Jedno jest jednak pewne: na świecie istnieją różne rzeczy, a analizując zmiany zachodzące w świecie, patrząc na to, co trwa, co się zmienia, jak się zmienia, w zależności od czego itp. jesteśmy w stanie, "uzbrojeni" w zmysły i rozum, bardzo wiele się dowiedzieć (w taki sposób zawsze funkcjonowały nauka i interpretująca jej okrycia filozofia przyrody i - miejmy nadzieję - nadal tak będą funkcjonować). 

A jedną z "rzeczy", o których możemy dowiedzieć się, że istnieją, jest zjawisko życia, "bytujące" w organizmach żywych.

O życiu - część 1,5.

Zanim uda się znaleźć czas by pisać dalej, chciałbym odnieść się do ostatniego paragrafu poprzedniego wpisu, a konkretnie do stwierdzenia, że to nic dziwnego, że nie potrafimy bezpośrednio empirycznie stwierdzić obecności przyczynowości immanentnej (w odróżnieniu np. od stwierdzenia, że coś jest jakiegoś koloru czy kształtu - to jest w pewnym sensie bardziej bezpośrednio dostępne naszym zmysłom), bo tak samo nie potrafimy stwierdzić istnienia "ślepej" przyczynowości i w ogóle jakiejkolwiek przyczynowości. Będą na pewno nieprzekonani: że jedna kula bilardowa, uderzając w drugą, powoduje jej ruch, wydaje się oczywiste i każdy może się z tym zgodzić; że bakteria rośnie, je, porusza i rozmnaża się ze względu na jakiś właściwy żywym istotom zwrot ku samym sobie, pewien proces "samodoskonalenia", dążący do realizacji w możliwie najpełniejszy sposób bakteryjnej natury w danych warunkach - że, innymi słowy, bakteria jest żywa - jest znacznie mniej oczywiste.

Może tak myśli duża część biologów i współczesnych filozofów nauki. Jednak po pierwsze wydaje mi się (choć to oczywiście spekulacja - możę należałoby zrobić sondaż, albo lepiej - wywiad antropologiczny), że gdyby spytać przeciętnego człowieka, niezaznajomionego ze współczesną filozofią przyrody i nieskażonego naukowym materializmem, to obydwa rodzaje przyczynowości byłyby dla niego tak samo oczywiste. Pies biegnie, żeby zdobyć pożywienie, a je z kolei, żeby żyć. Inaczej, powiedzmy, pocisk, który porusza się, bo został odepchnięty siłą wybuchu wewnątrz pistoletu, ale za niczym nie goni, przed niczym nie ucieka, w żadnym sensie nie robi tego, co robi (choćby zupełnie, zupełnie, nieświadomie) dla siebie (ale oczywiście to, że może się w taki sposób poruszać, że w taki sposób "reaguje" na wybuch, też - jak w przypadku żywych istot - wynika z jego natury).

[Taka dygresja: zamiast pistoletu można podać inny przykład, z którym współczesna filozofia ma większe problemy - termostat, który sam dostosowuje swoją temperaturę. Myślę, że przeciętny człowiek - zwłaszcza, gdy wie, jak działa termostat - jest w stanie połapać się, że między żywym organizmem a termostatem jest zasadnicza jakościowa różnica, nawet jeśli obydwa byty regulują "same siebie" - "przyczynowość" zachodząca w czasie "życia" termostatu to tylko i wyłącznie "ślepa" przyczynowość właściwa rzeczom nieożywionym, choć człowiek tak go skonstruował, że odpowiednie elementy składowe oddziałują na siebie i w związku z tym występuje swego rodzaju zapętlenie i samoregulacja. Inaczej organizmy żywe - owszem, wszystkie "elementy składowe" organizmu żywego też odpowiednio oddziałują na siebie, by organizm mógł funkcjonować tak, a nie inaczej - ale ostateczne funkcjonowanie organizmu trzeba wyjaśniać odwołując się do jego "dążeń", "tendencji", "funkcji życiowych", czegoś, czego termostat nie posiada (contra tacy filozofowie, jak Daniel Dennett, który uważa, że termostat ma swoje "przekonania", czy David Chalmers, który twierdzi, że ma pewien stopień świadomości - oczywiście to w jakiejś mierze kwestia definicji "przekonań" i "świadomości").]

Po drugie - nie chodzi tu o oczywistość, bo nie tylko dla "przeciętnego człowieka", ale także dla filozofa przyrody czy naukowca, obydwa rodzaje przyczynowości powinny być, wydaje mi się, oczywiste. Chodzi o bezpośrednią, empiryczną, uchwytność czy też mierzalność "tego czegoś", co odróżnia organizmy żywe od nieożywionych. Ta, zgodzę się, nie jest możliwa. Ale tak samo jest w przypadku "zwykłej" przyczynowości właściwej światu nieożywionemu : i jej nie widać "gołym okiem". Jak się wydaje, w historii filozofii jako pierwszy wyraźnie zwrócił na to uwagę przenikliwy szkocki myśliciel, David Hume (1711-1776). Wywołał tym swoim odkryciem wielki popłoch wśród filozofów, których duża część do dziś traktuje tzw. "problem indukcji Hume'a" jako filozoficzny węzeł gordyjski, którego nie da się rozwiązać.

Rozumowanie Hume'a, które przedstawia on w broszurze "Badania dotyczące rozumu ludzkiego" ("An Enquiry Concerning Human Understanding"), jak również w "Traktacie o naturze ludzkiej" ("A Treatise of Human Nature") wygląda mniej więcej tak.  Że trójkąt ma zawsze trzy rogi, wiemy na pewno, bo nie możemy sobie wyobrazić trójkąta z inną ilością rogów. Po prostu w "idei" trójkąta zawiera się już, że ma trzy rogi, tak jak w "idei" kawalera zawiera się, że nie ma żony. Tego typu związki między dwoma faktami - "związki idei" w terminologii Hume'a - są pewne. Że szyba, która na naszych oczach pękła po tym, jak uderzył w nią kamień, pękła właśnie przez ten kamień (tzn. że pierwsze wydarzenie -  uderzenie kamienia o szybę - spowodowało drugie - tzn. zbicie szyby) - nie wiemy na pewno. Ani w "idei" pierwszego wydarzenia, ani w "idei" drugiego nie zawiera się łącząca je zależność przyczynowo-skutkowa. Możemy sobie wyobrazić kamień uderzający o szybę bez żadnego skutku, możemy sobie wyobrazić szybę pękającą ot tak, bez uderzenia kamieniem. Jedyne co każe nam łączyć te dwa wydarzenia ze sobą to nasze doświadczenie - fakt, że widzieliśmy tego typu, i podobne, wydarzenia często. Ale z doświadczenia nie można wyciągnąć żadnych pewnych wniosków - mówi Hume. Coś się mogło zdarzyć i tysiąc razy do tej pory, bez ani jednego wyjątku, ale tym razem nie musi się zdarzyć. Bertrand Russell, pisząc o problemie indukcji (w "Problemach filozofii"), podaje przykład kurczaka (który z jakiegoś powodu w podręcznikach do filozofii jest często nazywany indykiem), który, otrzymując co dzień, odkąd tylko się urodził, pożywienie, myśli, że będzie je otrzymywał już zawsze, tymczasem nadchodzą święta i to on staje się pożywieniem.

[Druga dygresja: oczywiście argumentacji Hume'a nie trzeba się obawiać. Po pierwsze jego teoria poznania, według której ludzkie zmysły odbierają bodźce, na podstawie których człowiek formułuje "idee" rzeczy i na tym poznanie się już kończy, nie wydaje się prawdziwa. Wiedza człowieka jest zapośredniczona przez zmysły, ale człowiek posiada również rozum, który dociera do samych natur rzeczy i dostrzega "ukryte konieczności" (by użyć frazy z tytułu książki zmarłego w tym roku amerykańskigo filozofa, Jamesa F. Rossa) obecne w rzeczach. Tak np. człowiek stykając się ze światem poznaje konieczne własności  (tzw. zasady metafizyczne) rzeczywistości - choćby tę, że zmiany posiadają przyczyny. Np. Parmenides z Elei widział kwestię zmian zachodzących w świecie jako paradoks: coś nie może się wziąć z niczego, a jednak zachodzą zmiany, a więc pojawiają się nagle - z niczego - zmienione warianty rzeczy, a znikają - stare warianty. Tak naprawdę jednak np. taka zbita szyba nie może się nagle pojawić znikąd. Po pierwsze, co jest oczywiste, musi już wcześniej być obecna szyba, choćby niezbita. To samo jednak dotyczy "zbitości" - i ona musi być obecna już wcześniej, tyle że obecna "potencjalnie", tzn. szyba musi móc być zbita, musi być "potencjalnie zbita". Ale jeśli szyba jest "potencjalnie zbita", dlaczego nie została zbita już wcześniej? Dlatego, że wcześniej nie wystąpiła odpowiednia przyczyna, która jest konieczna, by "uaktualnić" "zbitość", sprawić, że z potencjalnej zamienia się w rzeczywistą ("aktualną"). Ta przyczyna - w tym wypadku pędzący kamień - również zawiera w sobie "potencjalnie" jakiś "fragment zbitości" - "możność zbicia szyby". Gdy ta "możność zbicia szyby" spotka się z właściwą szybie "potencjalną zbitością" - powstaje zbita szyba. Nie ma więc "niczego nowego", jest tylko pewna "wymiana" między tym, co potencjalnie istnieje i tym, co rzeczywiście (aktualnie) istnieje (tak mniej więcej odpowiada Arystoteles na paradoks Parmenidesa w swojej "Fizyce"). Tak więc, że jakaś przyczyna zmiany, która zaszła, musiała być obecna, możemy wiedzieć na pewno. A skoro wiemy, to szukamy, jaka to może być przyczyna. Szyba pękła w takich a takich okolicznościach, w takiej a takiej temperaturze, równocześnie z miliardami różnych innych wydarzeń zachodzących we wszechświecie, ale nasze doświadczenie - czy może raczej wiedza, zdobyta dzięki obserwacji świata, naszej nad nim reflekcji oraz przeczytanym książkom naukowym, które są z kolei zapisem obserwacji i reflekcji innych osób - słusznie podpowiada nam, że w tym wypadku to właśnie uderzenie kamieniem było przyczyną. (Niemniej jednak możemy się mylić - rację ma Russell, że jesteśmy zawsze trochę jak kurczak, który myśli, że dokładnie wie, co go czeka. Z tym że to jedynie zachęca nas, by coraz bardziej upewaniać się, że obserwowane przez nas zależności nie są przypadkowe, że są rzeczywiście sprawcze.) Ale co jeśli nie byłoby uderzenia kamieniem? Jeśli np. pewnego dnia szyba w naszym oknie pękłaby ot tak, bez żadnego jawnego powodu? Również moglibymy mieć pewność, że jakaś przyczyna jest - może to kwestia naprężeń, może zmiany temperatury, może "wewnętrznej tendencji" szyby do zmiany swojej struktury z jakąś częstotliwością, w myśl jakiegoś oscylacyjnego mechanizmu itp. (w tej ostatniej sytuacji można by powiedzieć, że tak naprawdę nie zaszła żadna zmiana, tylko że źle postrzegaliśmy szybę - jako coś o konkretnym kształcie i pewnej wytrzymałości, a nie jako coś co oscyluje między różnymi kształtami). W każdym razie przyczyny trzeba by szukać - na tym polega nauka.]

Niemniej jednak Hume ma rację, że same zmysły nie potrafią dostrzec związków przyczynowo-skutkowych. Hume jednak myli się co do jednej rzeczy: zakłada, że skoro zmysły nie widzą żadnej konieczności obecnej w przyrodzie, to tak naprawdę wszystko powinniśmy postrzegać jako przypadkowe. Tymczasem zmysły nie widzą nie tylko konieczności, lecz także przypadkowości! Błyskotliwie zauważa Stephen Boulter (w artykule "Hume on Induction: A Genuine Problem or Theology's Trojan Horse?", który ukazał się w 2002 r. w periodyku "Philosophy"):

To speak loosely, while it can be agreed that we do not have impressions of events having to happen as they do, it is just as important to recognize that we do not have impressions of things just happening to happen either. To conclude immediately, as many empiricists seem to have done, that all matters of fact are contingent because we have no impression of necessity is simply unwarranted. Our sense impressions are blind to modal facts of any sort, including contingency.

Mówiąc potocznym językiem, podczas gdy można się zgodzić, że nie mamy doświadczeń zmysłowych, które by nam mówiły, że obserwowane przez nas zdarzenia musiały zajść, tak samo ważne jest, by zdać sobie sprawę, że nie mamy również doświadczeń zmysłowych mówiących nam, że te zdarzenia zaszły ot tak. Wnioskować, jak zdaje się czynić wielu empiryków, że wszystkie powiązania między zdarzeniami [w języku Hume'a: "matters of fact", w odróżnieniu od "relations of ideas", powiązań między ideami, co do których możemy być pewni - patrz przykład z trójkątem powyżej] są przypadkowe tylko dlatego, że nie mamy doświadczeń zmysłowych ich konieczności, jest po prostu nieuzasadnione. Nasze doświadczenia zmysłowe są ślepe w odniesieniu do wszelkich własności modalnych, łącznie z przypadkowością [własności modalne to właśnie np. konieczności albo przypadkowość].

Nie bez powodu problem indukcji Hume'a pojawił się dopiero w XVIII w. - to wtedy na dobre przyjął się pogląd, popularny do dziś, że zmysły są nie tylko jedynym źródłem wiedzy (bo to w jakimś sensie przecież prawda!), ale też jedyną władzą, jaką możemy poznawać rzeczywistość (jak gdyby nie było rozumu). Jeśli tak jest, to rzeczywiście nie możemy wiedzieć, czy związki przyczynowo-skutkowe są prawdziwe, że kamień zbija szybę, że ruch trybów wewnątrz zegarka powoduje ruch wskazówek, że kolejne klocki domina przerwacają się, bo zostały pchnięte przez te, które je poprzedzają itp. Rzeczy po prostu się dzieją, a że jedne rzeczy zdają się być powodowane przez inne z pewną regularnością - cóż, może być tak samo jak w przypadku rzutów kostką, gdy czasem może po dwójce parę razy "regularnie" wypaść szóstka, tylko po to, by za chwilę wypadła, powiedzmy, piątka.

Rozum zauważa jednak, po pierwsze, potrzebę "ukrytych konieczności", tendencji potencjalnie obecnych w rzeczach, a po drugie - kontemplując rzeczy, te właśnie "ukryte konieczności" i tendencje. A jeśi już zgodzimy się, że tak czy inaczej musimy użyć rozumu, to analizując świat organizmów żywych (funkcjonowanie naszych własnych organizmów i nasze życie wewnętrzne, funkcjonowanie innych organizmów, od zwierząt po rośliny, ich odpowiedź na bodźce itp.) dostrzegamy inny niż w świecie nieożywionym rodzaj przyczynowości. Otóż organizm żywy sam realizuje zawartą w swojej naturze potencjalność, sam się reguluje, sam się zmienia (oczywiście niekoniecznie świadomie: rośliny nic nie robią świadomie, a człowiek np. nie wymusza świadomie wzrostu swojego ciała - niemniej jednak można powiedzieć, że sam rośnie, wszak człowiek to "i dusza, i ciało"), co więcej - robi to wszystko ze względu na siebie. Na tym polega "immanentna przyczynowość" właściwa organizmom żywym.

O życiu - część 1.

Zacząłem od wstukania tytułu i przeczytania go po cichu - te dwa słowa, choć własne, sparaliżowały mnie i onieśmieliły. Nie ma chyba tematu bardziej rozległego niż "życie" i trudno napisać na ten temat zwięzłą notkę. Postanowiłem jednak, gdy zaczynałem niedawno pisać tego bloga, starać nie przejmować się własnymi obawami, z tą o brak wystarczających kompetencji, by wypowiadać się na różne tematy, na czele, wychodząc z założenia, że i tak mało kto będzie to czytał, że to raczej takie moje wprawki. Trzeba więc zmierzyć się i z życiem - oczywiście nie z życiem w ogóle (z tym trzeba się mierzyć na co dzień), tylko z życiem jako przedmiotem refleksji i badań przyrodników - tym bardziej, że to zupełnie podstawowe pojęcie w biologii i filozofii przyrody (biologia w końcu znaczy: "nauka o życiu"). Paradoksalnie jednak jest to również jedno z najbardziej kontrowersyjnych pojęć - o to, czy życie rzeczywiście istnieje, czy jest tylko umownym terminem, spór toczy się odkąd ludzie analizują filozoficznie otaczający ich świat, który w końcu pełen jest stworzeń - przynajmniej z pozoru - żywych.

W pierwszym wpisie starałem się już wykrzyknąć swoje przekonanie o istnieniu życia, ale wierząc, że w tej fundamentalnej dyskusji filozofii przyrody nie chodzi o to, kto głośniej krzyknie, tylko kto ma rację, wypadałoby temat rozwinąć. To, co myślę, w dużej mierze zawdzięczam trzem filozofom: Davidowi S. Orderbergowi, Charlesowi De Koninck i Arystotelesowi, i do nich - trzech nie dość docenianych, a wybitnych myślicieli z trzech różnych epok (współczesnego, okołowojennego i starożytnego) odsyłam po ciekawszą i głębszą analizę tych samych zagadnień - sam również się do nich odsyłam, bo znam ich słabo.

Myślę, że dobrym punktem wyjścia do kilku uwag na temat życia jest ostatni wielki medialny biologiczny news, który być może nie umknął uwagi czytelników: Craig Ventner, amerykański naukowiec-przedsiębiorca, znany jako kierownik prywatnego programu sekwencjonowania ludzkiego genomu, ogłosił, że stworzył sztuczną komórkę bakteryjną, a tym samym - sztuczne życie. Wiadomość tę często komentowano, mówiąc, że oto stworzono życie tam, gdzie wcześniej były tylko pozbawione życia, nieożywione elementy składowe, innymi słowy - stworzono życie z nie-życia - co oznacza, że życie jest tylko terminem umownym, opisuje pewne zewnętrzne cechy (takie jak zdolność do rozmnażania się, wzrostu, odżywiania itd.), podczas gdy "wewnątrz" organizmów żywych tak naprawdę nic wyjątkowego nie ma, są po prostu odpowiednio ułożone części - jak w zegarku, który na zewnątrz dzwoni i chodzi, a w środku ma tylko kręcące się tryby. Gdy się weźmie takie części i razem złoży, to wyjdzie życie. Przeświadczenie Arystotelesa, że naturalne istoty żywe i artefakty (dzieła rąk ludzkich, np. maszyny) są jakościowo zasadniczo od siebie różne okazuje się byc przeżytkiem.

Pierwsza uwaga: jeśli z tego wynika, że życia nie ma, a jest tylko nie-życie, to co to w ogóle jest nie-życie? Słowa "nie-życie", "nieożywiony" sugerują, że chodzi o przeciwieństwo życia, jego brak, ale jeśli "życie" jest pustym słowem, to i "nie-życie" zaczyna być cokolwiek niezrozumiałe. Poczciwe kamienie, powietrze, chmury, które zawsze wydawały nam się proste do intuicyjnego ogarnięcia (wystarczyło zestawić je z bakterią, kwiatkiem, człowiekiem i zauważyć, czego w nich nie ma) teraz stają się na nowo tajemnicze - jak w pierwotnych kulturach, gdy wszystko, dla odmiany, było postrzegane jako żywe (hylozoizm).

Można zastanowić się też, dlaczego to życie jest terminem dla nas bardziej podstawowym, a nie-życie definiujemy jako jego przeciwieństwo czy też brak. Może dlatego, że życie znamy bardzo dobrze: z autopsji. Że jestem i żyję jest - jak chciał Kartezjusz, choć do jego stanowiska można mieć wiele zastrzeżeń - w jakiejś mierze prawdą dla nas najłatwiej dostępną i podstawową.

Wspomniany przeze mnie filozof Charles de Koninck (1906-65) tak mówił/pisał w swoich wykładach pt. "The Hollow Universe" ("Ten pusty wszechświat"), wygłoszonych na Uniwersytecie MacMaster w 1959 r. :

Let me remark on one curious feature of these thinkers. By an odd kind of method they seem to make the meaning of living depend upon our ability to verify it in the sort of life (so-called) that we know least about. They seem to be arguing that, if we cannot be sure whether such and such an obscure organism is alive, we cannot be sure that anything is alive. I am willing to grant that a test of this sort may become a valid means of determining certain laws of life—whether life supposes a connection with some special molecular structure, perhaps, or something of the kind. But I am utterly unable to understand how it can help us to know what life is (...), or whether this or that object is alive or dead.

Pozwolę sobie zwrócić uwagę na jedną zastanawiającą skłonność tych myślicieli. Z jakiejś niejasnej racji próbują oni uzależnić znaczenie "życia", od tego, czy potrafimy stwierdzić czy jest ono obecne w tych (tak zwanych) organizmach żywych, o którym wiemy najmniej. Zdają się argumentować, że jeśli nie możemy być pewni, czy taki a taki nieznany bliżej mały organizm jest żywy, to nie możemy być również pewni, czy cokolwiek jest żywe. Zgodzę się, że zajmowanie się takimi przypadkami może być uzasadnione, gdy chcemy zbadać pewne prawa dotyczące życia - na przykład czy życie łączy się z jakąś konkretną strukturą molekularną itp.  Nie mogę jednak zupełnie zrozumieć, jak ma to nam pomóc w poznaniu, czym jest życie (...) lub określeniu czy dany byt jest żywy czy martwy.

Takie podejście, które dzisiaj wydaje się oczywiste (stąd też dyskusje na temat życia zazwyczaj rozpoczynają się od niekończącej się debaty dotyczącej statusu wirusów), są bardzo odmienne od podejścia starożytnych, którzy, gdy zajmowali się jakimś problemem, szukali przykładów najlepiej poznanych i najbardziej wyraźnych. Może powinniśmy pójść w ich ślady i mówiąc o życiu spojrzeć nie na maleńkie istoty, o których prawie nic nie wiemy (bo współczesny materializm, który zakłada, że jak wiemy mniej-więcej z jakich elementów coś się składa i z czego z kolei składają się te elementy, to wiemy wszystko, wydaje mi się jawnie ułudnym reliktem pozytywizmu), ale na siebie samych, na człowieka, na inne wyższe zwierzęta itp.

Istotą życia wydaje się coś, co filozofowie określają czasem mianem "immanentnej przyczynowości". Gdy przyłożymy naładowany ujemnie przedmiot do innego naładowanego ujemnie przedmiotu, te dwa przedmioty odsuwają się od siebie. Gdy bakteria czy zwierzę wyczują coś, co im zagraża, również się odsuwają. Ale te dwa ruchy są jakościowo zupełnie od siebie odmienne. Pierwszy polega na tym, że dwa przedmioty oddziałują na siebie nawzajem i ze względu na swoje właściwości, swoje natury, powodują taki a taki skutek - ruch. Przedmioty te jednak nie robią tego, by w jakikolwiek sposób się "udoskonalić", poprawić swój stan, przed czymś uciec albo coś osiągnąć. Inaczej jest w przypadku drugiego ruchu - nawet najprostszy organizm żywy (choć najwyraźniej widzimy to patrząc "wgłąb" samych siebie) zachowuje się tak, a nie inaczej, ze względu na samego siebie. Organizm nie musi być tego świadomy - wszystko wskazuje na to, że świadomość posiadają jedynie zwierzęta, świadomość w rozumieniu klasycznym (świadomość fenomenologiczną) tylko zwierzęta wyższe, a pełnię świadomości (świadomość rozumną) tylko ludzie  - niemniej jednak jego istota, natura, jest właśnie taka, że cokolwiek robi, robi ze względu na samego siebie; każdy proces zachodzący w żywym organizmie - czy to proces metaboliczny, czy związany z rozmnażaniem itd. - jest ostatecznie ukierunkowany na "samodoskonalenie" organizmu czy gatunku. Przyczynowość w świecie nieożywionym nie jest ukierunkowana na obiekt, z którego bierze swój początek, ale na inne obiekty. Przyczynowość w świecie ożywionym jest ukierunkowana na sprawcę, jest zapętlona, immanentna. Właśnie ona wydaje się wyróżnikiem, istotą życia. Wszystkie charakterystyczne cechy organizmów żywych, które opisują podręczniki do biologii (np. zdolność do adaptacji), są jej skutkiem.

Gdy spojrzymy na samych siebie wydaje się to oczywiste. Jeśli zastanowię się dlaczego to piszę, na myśl przychodzi mi mnóstwo powodów, które ostatecznie sprowadzają się do takiego czy innego rodzaju przyczynowości immanentnej, do realizacji któregoś z immanentnych celów wpisanych w naturę człowieka (w przypadku człowieka, obdarzonego wolną wolą itp. określenie o jakie cele chodzi jest trudniejsze niż w przypadku innych istot żywych, ale i tak - przynajmniej teoretycznie - zawsze możliwe). Oczywiście jednocześnie jest miejsce na "normalną" przyczynowość: mogę powiedzieć o takim a nie innym funkcjonowaniu różnych części mojego ciała w trakcie pisania, od skurczów ścięgien palców po procesy molekularne w mózgu - ale ona w pełni nie tłumaczy tego, dlaczego dzieje się to, co się dzieje. Najlepiej to widać w momencie śmierci, gdy wszystkie elementy współtworzące żywą istotę i do tej pory "wprzęgnięte" w jej procesy życiowe, nagle zaczynają żyć "własnym życiem". Może jeszcze przez jakiś (zazwyczaj krótki) czas funkcjonują niektóre organy, tkanki, komórki (jeszcze rosna paznokcie itd.) - ale już każda "dla siebie", bez nadrzędnego celu. Po jakimś czasie wszystko, co żywe, obumiera i zostaje tylko mieszanina nieożywionych składników i wtedy rzeczywiście mamy do czynienia już tylko ze ślepym rachunkiem fizyko-chemicznych przyczyn i skutków. (Nie chcę być źle zrozumiany: organizm żywy też funkcjonuje zgodnie z fizyka i chemią i nie zachodzi w nim nic, co by łamało prawa przyrody - niemniej jednak fizyka i chemia nie w pełni wyjaśnia to, jak funkcjonuje).

Trudność w zaakceptować istnienia przyczynowości immanentnej bierze się, moim zdaniem, z pewnego przesądnego poglądu (nazywanego czasem "monizmem"), który nie dopuszcza żadnej różnorodności w świecie i wszystko chce ujednolicić. W świecie nieożywionym czy w świecie maszyn mamy do czynienia ze "ślepym" oddziaływaniem jednych przedmiotów na drugie. Czy to znaczy, że w świecie ożywionym, wbrew intuicjom (i nie tylko intuicjom, lecz także naszej racjonalnej wiedzy) dotyczącym funkcjonowania naszego własnego organizmu i innych organizmów, również może istnieć jedynie taka "ślepa" przyczynowość? Niby dlaczego? Czy jest jakiś powód, poza wspomnianym przeze mnie przesądem (który - swoją drogą - na dobre zadomowił się dopiero w epoce nowożytnej i to też tylko w niektórych kulturach), by we wszystkim dopatrywać się tylko "ślepej" przyczynowości? To prawda, że nie możemy zmierzyć, czy mamy do czynienia z przyczynowością "immanentną", czy nie, że nie możemy tego wprost empirycznie stwierdzić - potrzebna jest do tego refleksja filozoficzna. Ale tak samo nie możemy empirycznie stwierdzić, z jakiego rodzaju przyczynowością mamy do czynienia w świecie nieożywionym - do tego również potrzebny jest namysł na innym poziomie refleksji. Dziś zbyt często przyjmuje się pewne założenia - np. (wracając tym samym do Demokryta) że cały świat jest jedną wielką maszyną, w której części składowe, atomy, bezładnie postukują o siebie i z tego wychodzi pozornie sensowna, a w rzeczywistości przypadkowa i chaotyczna (choć jakimś dziwnym trafem matematycznie opisywalna) rzeczywistość - jako wprost oczywiste i niepotrzebujące dowodu.

Zęby trzonowe myszy i paliczki ptaków - część 2.

W drugiej części wpisu chciałbym napisać o badaniach Kathryn Kavanagh nad paliczkami w łapach ptaków. Problem w tym, że niewiele o tych badaniach wiem, bo nie wyszedł jeszcze żaden artykuł na ich temat. To, co zamierzam napisać, usłyszałem z drugiej ręki, na wykładzie prof. Uriego Alona (lokalnej sławy izraelskiego Instytutu Weizmanna), który wrócił niedawno z dwuletniego urlopu naukowego w Bostonie, gdzie zapoznał się z Kathryn i jej pracą. Alon mówił tylko o niektórych aspektach tych badań, co więcej, nie wszystko w tym wykładzie było dla mnie jasne, więc musiałem dodać trochę swojej interpretacji. Przestrzegam więc, żeby nie traktować tego wpisu zbyt serio.

Ale najpierw krótka powtórka z ostatniego wpisu. Na rozwój zębów trzonowych myszy mają wpływ aktywatory (wydzielane przez tkanki otaczające zęby) i inhibitory (wydzielane przez pierwszy ` trzech zębów). Równowaga między nimi wpływa na proporcje zębów, które u danego gatunku są zazwyczaj podobne (mieszczą się w pewnym zakresie), ale mogą się oczywiście drastycznie różnić między gatunkami. Nie różnią się jednak w sposób zupełnie dowolny, a to dlatego, że sam system regulacji rozwoju zębów (aktywatory z otoczenia, inhibitory z pierwszego zęba) jest raczej taki sam u większości gatunków, a różnice leżą jedynie w rodzajach i ilościach aktywatorów i inhibitorów. Tak więc spośród wielu możliwych zmiennych, wpływających na proporcje zębów, zmieniają się tylko dwie, a co za tym idzie tylko pewien zakres fenotypów jest "dozwolony". Konkretnie rzecz ujmując, gdyby narysować układ współrzędnych, w którym wartości na osi rzędnych oznaczałyby stosunek powierzchni zęba trzeciego do powierzchni pierwszego (M3/M1), a te na osi odciętych - stosunek powierzchni zęba drugiego do powierzchni pierwszego (M2/M1) i zaznaczyć punkty odpowiadające średnim wartościom tych stosunków dla poszczególnych gatunków, to punkty te tworzyłyby mniej-więcej linię prostą (choć oczywiście, jak to zwykle bywa, to wszystko jest tylko w przybliżeniu prawdziwe i jakieś  tam punkty zupełnie poza linią też są - to oczywiście ważne, ale na razie załóżmy, że wszystko jest w zgodzie z teorią). Co więcej, jeden koniec tej linii jest zajmowany przez gatunki roślinożerne, drugi - przez mięsożerne, a gatunki wszystkożerne są rozłożone pomiędzy tymi dwoma biegunami. Podsumowując: wygląda na to, że mechanizmy odpowiadające za rozwój zębów pozwalają tylko na pewne spektrum fenotypów (linie prostą na wykresie), a z kolei - jeśli trzymać się tradycyjnego sposobu tłumaczenia funkcji przez ewolucjonistów (którego się w poprzednim i tym wpisie trzymam, choć można by długo dywagować nad jego słusznością) - naturalna selekcja sprawia, że dany gatunek zajmuje tę część dozwolonego spektrum, która sprzyja jego diecie (konkretnie wygląda to tak, że gatunki mięsożerne mają zazwyczaj duży pierwszy ząb, mniejszy drugi i trzeci bardzo mały, albo nie mają go wcale, podczas gdy gatunki roślinożerne mają trzy zęby mniej więcej takiej samej wielkości; widocznie takie właśnie zęby dobrze rozcierają te rodzaje pokarmów). Tyle jeśli chodzi o powtórkę.

Badania nad paliczkami w łapach ptaków są - przypuszczalnie  - bardzo podobne. Tych paliczków są zazwyczaj trzy (mogą też być czasem cztery, ale załóżmy, że zawsze trzy) w każdym palcu (szponie?) - paliczki odpowiadają "twardym" częściom palca, które nie mogą się zginać, pomiędzy zaś paliczkami są stawy, w których możliwe są zgięcia (czyli tak jak w naszych dłoniach). Gdy narysujemy wykres, na którym na jednej osi będzie stosunek długości pierwszego paliczka do trzeciego, a na drugiej - stosunek długości drugiego do pierwszego, punkty odpowiadające różnym gatunkom ptaków będą leżały w większości na linii prostej (czyli analogicznie do zębów trzonowych)- to wiem na pewno, bo taki wykres pokazywał Alon. Wiem też, że przeciwległe końce tej linii również odpowiadają dwóm różnym funkcjom. Do czego (w uproszczeniu) służą łapy ptaków? Jednym ptakom (np. kurom) - do chodzenia po ziemi; innym (np. jaskółkom) - do siedzenia na gałęzi, albo na drucie; jeszcze innym - do obydwu funkcji na raz. Rzeczywiście - te trzy grupy zajmują odpowiednio pierwszy koniec, drugi koniec i środek linii.

Jak można to wytłumaczyć? Gdyby iść po linii wytyczonej przez artykuł Kavanagh i Jernvalla na temat zębów myszy, trzeba by próbować wykazać, że istnieje jakiś mechanizm regulacji rozwoju paliczków. Trzeba by trochę pomajstrować przy tym mechanizmie, popróbować hodowli paliczków in vitro, zobaczyć co przyspiesza, co spowalnia rozwój itp. I pewnie wtedy można by odkryć, że rzeczywiście jest jakiś mechanizm, a w związku z tym pewne równanie, w którym niektóre zmienne - odpowiadające ilościom i rodzajom wchodzących w grę substancji - mogą się zmieniać, ale samo równanie musi (w teorii) być zawsze prawdziwe, bo opisuje ono ten konkretny mechanizm. Ponieważ samo zjawisko jest analogiczne do rozwoju zębów trzonowych - jedna po drugiej wykształcają się trzy kości, a zęby są pod wieloma względami podobne do kości- możemy przypuszczać, że mechanizm jest mniej więcej taki sam jak w przypadku rozwoju zębów i jestem pewien, że zespół Kavanagh zajmuje się właśnie udowadnianiem tego przypuszczenia.

Ale czy można by jakoś inaczej - to znaczy nie odwołując się zupełnie do mechanizmu rozwoju - wytłumaczyć dlaczego wykres obrazujący fenotypy różnych gatnkunków jest tak "regularny", a konkretnie - dlaczego tworzy linię prostą? Bo okazuje się - o tym mówił Alon - że gdy próbuje się narysować wykres, w którym na dwóch osiach zaznacza się wartości odpowiadające jakimś cechom anatomicznym lub fizjologicznym sprzyjającym jakimś funkcjom, to zadziwiająco często wykres ten tworzy mniej-więcej linię prostą, albo przynajmniej jakiś w miarę regularny kształt (oczywiście w dużym przybliżeniu), np. trójkąt, kwadrat. I po zbadaniu fenotypów okazuje się, że przeciwległe końce linii, albo rogi trójkąta, odpowiadają w takich sytuacjach organizmom "idealnie" przystowanym do różnych przeciwstawnych funkcji, środek zaś zajmują organizmy w różnej mierze przystosowane do wszystkich dwóch (trzech, czterech itp.) funkcji. Czy zawsze jest to spowodowane jedynie jakimś "ukrytym" mechanizmem rozwojowym, który ogranicza zakres możliwych "rozwiązań" anatomicznych i fizjologicznych? Uri Alon uważa, że nie, że to wszystko można wytłumaczyć znacznie prościej.

Po pierwsze, jeśli chodzi o paliczki w łapach ptaków, to wychodząc z zasad mechaniki można wywnioskować, że właśnie te konkretne stosunki długości paliczków (oznaczmy długości trzech kolejnych paliczków jako P1, P2 i P3), które obserwuje się dla ptaków, które tylko siedzą na gałęziach (P1=P2=P3) i tych, które tylko chodzą po ziemi (P1 dużo większy od P2, a P3 bardzo mały), są niemalże najlepsze, jakie tylko można sobie wyobrazić, do wykonywania tych funkcji. Gdy wszystkie trzy paliczki są równej długości, ptak może objąć gałąź tak, że siły rozkładają się równomiernie na trzy strony i najłatwiej jest utrzymać równowagę. Gdy pierwszy paliczek jest długi, drugi krótszy, a trzeci najkrótszy - najłatwiej jest z kolei utrzymać równowagę podczas chodzenia po ziemi. Więc w pewnym sensie choćby i nie było żadnych ograniczeń wynikających z mechanizmu rozwojowego, właśnie takie łapy najlepiej spełniałyby dane funkcje. Innymi słowy, niemalże niezależnie od zasad rozwoju, punkty odpowiadające tym dwóm idealnym fenotypom (nazwijmy je "kurą" i "jaskółką", choć wątpliwe, że te właśnie ptaki są takimi "idealnymi" przykładami; kura w końcu nie tylko chodzi, ale czasem też siedzi na grzędzie, a jaskółka może i czasem chodzi, nie wiem) byłyby na naszym wykresie mniej-więcej tam, gdzie są. Tylko z powodu naturalnej selekcji, która pokierowałaby fenotypem właśnie w tych kierunkach.

Druga obserwacja: ptak nie może być jednocześnie zbyt dobry w siedzeniu na gałęzi i chodzeniu po ziemi, właśnie dlatego, że różne stosunki długości paliczków są potrzebne do różnych funkcji. Muszą być więc dwa bieguny - i jak pisałem, muszą być mniej-więcej tam, gdzie są.

Jak wiadomo, jeśli są dwa punkty, to można wyznaczyć między nimi linię. Ale czy jest coś, co sprawia, że pozostałe punkty też muszą leżeć na linii? Dlaczego ptaki, które trochę siedzą, trochę chodzą, muszą być właśnie gdzieś między kurą a jaskółką, a nie np. trochę na bok od łączących je linii?

Można próbować wytłumaczyć to tak: skoro mamy na wykresie dwa punkty idealne, i wykres jest skonstruowany tak, że pokazuje zależność między dwiema cechami, które mają bezpośredni wpływ na dwie przeciwstawne funkcje (jak w naszym przypadku), to za miarę tego, jak dany ptak jest dobry w konkretnej funkcji można uznać odległość od idealnego punktu dla tej funkcji (oczywiście nie musi to być dosłownie odległość, którą możemy zmierzyć linijką na wykresie - może to być jakaś funkcja tej odległości, np. jej logarytm, albo funkcja bardziej złożona, ale jednak rosnącą, mniej lub bardziej równomiernie, wraz z odległością).

Zróbmy więc tak. Narysujmy dwie osie wykresu, a na wykresie dwa punkty, jeden o małych wartościach x i y (a więc będący blisko początku i nisko na wykresie), drugi o dużych wartościach x i y (daleko od początku, wysoko). Punkt u dołu to pierwszy stan idealny, "jaskółka"; punkt u góry - drugi, tzn. "kura". Połączmy te dwa punkty linią.

Teraz wyobraźmy sobie dowolny punkt (załóżmy, że odpowiada on "zmutowanemu wróblowi") leżący poza linią łączącą "stany idealne".  Narysujmy odcinek "zmutowany wróbel"-"kura". Załóżmy, że ma on na naszym wykresie długość 10 jednostek. Teraz narysujmy okrąg o długości 10 i środku w punkcie "kura". Okrąg ten będzie przebiegał przez "zmutowanego wróbla", ale będzie oczywiście przecinał także linię łączącą "kurę" z "jaskółką". Oznaczmy punkt przecięcia okręgu z tą linią jako "wróbel". Teraz porównajmy "zmutowanego wróbla" z "wróblem". Obydwa ptaki są równie dobre w jednej funkcji - w chodzeniu po ziemi, co wyraża ta sama odległość od "kury", wynosząca 10 jednostek. Jednak odległość od "jaskółki" jest różna: "wróbel" jest bliżej niż "zmutowany wróbel". Jeśli wróbel miałby tylko chodzić po ziemi, to ani jeden punkt, ani drugi nie byłby dla niego idealny: idealnym miejscem, byłoby to, które zajmuje "kura". Skoro więc już wróbel nie jest tam, gdzie kura, to znaczy, że dla niego ważne są obydwie funkcje. A jeśli ważne są obydwie funkcje (przy czym zdolność chodzenia jest ważna na tyle, że właśnie odległość od kury równa 10 "wystarcza"), to zdecydowanie w lepszej sytuacji jest "wróbel" niż "zmutowany wróbel", bo będąc tak samo dobrym w chodzeniu, jest lepszy w siedzeniu.

Podobnie można udowodnić dla każdego innego punktu leżącego poza linią - że dla każdego z tych punktów istnieje inny, który jest tak samo dobry w jednej z funkcji, a w drugiej lepszy. A - znów uciekam się do sposobu tłumaczenia właściwego typowym podręcznikom biologii ewolucyjnej - jeśli wszystkim kieruje naturalna selekcja, a każdy z tych gatunków istniał bardzo długo i miał czas "wyćwiczyć się" w swojej funkcji, to nie będzie leżał poza linia, ale raczej na linii (jest to zgodne ze stosowaną w ekonomii zasadą Pareto). Co zresztą - przynajmniej w teorii - obserwujemy (w praktyce nie do końca). Poza linią spotkamy za to często mutanty, które wskutek choroby są w jakiejś mierze "zniekształcone".

Co z tego wszystkiego wynika? Że można w "alternatywny" (a jednocześnie bardziej klasyczny: odwołując się tylko do selekcji) sposób wytłumaczyć tę samą zależność, którą wcześniej tłumaczyliśmy odwołując się do zasad biologii rozwojowej. Nie znaczy to jednak, że tylko jeden z tych sposobów tłumaczenia jest prawdziwy - raczej obydwa, i dzięki temu nawzajem się one uzupełniają, zapewniając większą zbieżność z wariantem idealnym, tzn. wszystkimi fenotypami leżącymi w perfekcyjnym szeregu na tej samej linii.