Utkast:Facilitated variation: a new paradigm emerges in biology/sv

From RilSource
Jump to navigationJump to search

Originalartikel: Facilitated variation: a new paradigm emerges in biology (länk)
av Alex Williams


Underlättad (eng. 'Faciliated') variation är den första heltäckande teorin om hur livet fungerar på molekylär nivå, publicerad 2005 av systembiologerna Marc Kirschner och John Gerhart i boken "The Plausibility of Life: Resolving Darwin's Dilemma". Det är en mycket kraftfull teori som stöds av en stor mängd bevis och författarna har gjort det lätt att förstå. Den identifierar två grundläggande komponenter hos arv: (a) konserverade (bevarade) kärnprocesser av cellulär struktur, funktion och kroppsplansorganisation, och (b) modulära regleringsmekanismer som är byggda på särskilda sätt som gör dem lätta att omarrangera (som ®Legobitar) till nya kombinationer för att skapa varierad avkomma. Evolverbarhet är således inbyggd, och det förexisterande molekylära maskineriet underlättar införandet av nya DNA-sekvensförändringar som sker via rekombinationer och mutationer. Frågan om ursprung blir särskilt akut i denna nya teori eftersom bevarade kärnprocesser och de modulära regleringsmekanismerna redan måste vara på plats innan någon evolution kan ske. Den nya molekylära evidensen visar att praktiskt taget alla de viktigaste delarna av neo-darwinistisk teori är felaktiga.

Den vetenskapliga litteraturen drunknar för närvarande i information om livets molekylära mekanismer, men de flesta är oförmögna att inse vad det innebär, så stor är mängden, så synnerligen specialiserad i varje rapporterad studie, och så fördunklad av den nödvändiga men obegripliga jargongen. Offentliggörandet år 2005 av den första heltäckande och lättlästa teorin om hur det fungerar - Marc Kirschner och John Gerharts "The Plausibility of Life: Resolving Darwin's Dilemma" - markerar således en viktig milstolpe i biologihistorien. Kirschner är professor i systembiologi vid Harvard Medical School och Gerhart är professor i systembiologi vid UC Berkley Medical School.2 I denna artikel skall jag visa hur Kirschners och Gerharts teori signalerar framväxten av ett nytt paradigm inom biologin, genom att kontrastera den med livets-ursprung-experiment och neo-darwinistisk teori, och jag kommer att utöka den med en del färskare forskningsresultat.

Liv och icke-liv

För att inse hur livet ter sig på molekylär nivå behöver vi lite bakgrundsförståelse för gapet mellan liv och icke-liv, och hur ursprung ursprungliga händelser kan ha fyllt det gapet. Enligt neo-darwinistisk teori, evolverar livet i små steg. Gener producerar organismer, och mutationer i gener producerar förändringar i organismer. De förändringar som överlever det naturliga urvalets "sil" ger de små steg som omformar en typ av liv till en annan. Populationsbiologiska experiment påstås ha validerat denna teori för många olika typer av genetiska karaktärsdrag/egenskaper.

Om man extrapolerar denna teori bakåt så måste också livet uppstått i små steg genom naturliga kemiska händelser i den omgivande miljön. Nobelprisvinnaren och biokemisten Christian de Duve har tydligt sammanfattat de flesta av de nödvändiga händelserna i sin bok, Singularities: Landmarks on the Pathways of Life.3 Det finns ännu inga experimentella evidens för en stegvis neo-darwinistisk ursprungsmekanism, så de Duves singulariteter är vad vi i vardagligt tall kan kalla "tegel väggar".

Hursomhelst, fysikern Hubert Yockey har studerat information i biologi i 50 år hävdar övertygande att eftersom livet inte har någon omvänd kod för att överföra information från proteiner till RNA eller DNA så är det omöjligt att liv har uppstått i ett "proteinerna först" scenario. Informationen måste komma först. Den enklaste koden skulle ha varit ett binärt (två bokstäver) alfabetet men allt liv fungerar med ett mer komplicerat fyra bokstävers alfabet, så Yockey drar slutsatsen att frågan om ursprung är omöjligt att avgöra.4 Detta är inte en nödvändig slutsats dock, och verkar inte vara mer än ett knep för att undvika den obehagliga slutsatsen att livet kan ha varit intelligent konstruerat.

Mot denna bakgrund kan vi nu se på Kirschner och Gerharts sammanfattningsmodell av hur livet fungerar (jag att hänvisa till det som KG modell). De identifierar två viktiga komponenter:

  • Konserverade (bevarade) kärnprocesser i fråga om cellstruktur, cellfunktion och kroppsplaner.
  • Kärnprocesser är reglerade på modulära sätt (som ®Legobitar) som lätt kan ordnas om i nya kombinationer, för att användas vid andra tidpunkter,och platser och innebär skapandet av varierad avkomma.

Evolverbarhet är således inbyggd. Den befintliga modulära uppbyggnaden och dess reglersystem underlättar införandet av ändringar i DNA-sekvenser (producerade av rekombinationer och mutationer) till funktionellt livsduglig avkomma som kan anpassa sig till nya miljöer. KG teorin påstås vara en i stort sett helt molekylär förklaring till hur naturlig variation och naturligt urval producerar alla olika typer av liv på jorden - Darwin's teori, är enligt författarna, nu en validerad helhet.

En ny bild av ärftlighet

Neo-Darwinister ser ärftlighet som om det bara handlar om genetik. Till exempel, Genetics Societys officiella tidskrift, heter 'Heredity' (ärftlighet). Men genetik handlar om förändring och vi har upptäckt så många sätt som organismer kan förändras på, så att vi nu står inför en enorm obesvarad fråga: hur ska de [organismerna] klara att förbli (ungefär) likadana, generation efter generation? Den relativt nyligt avlidne Stephen Jay Gould vidhöll under hela sin karriär i Paleontology - stas (oföränderlighet), inte förändring, är den huvudsakliga egenskapen i naturhistorien.5

Neo-Darwinism har inget svar på denna utmaning av två skäl: (a) gener och kromosomer kan muteras på vilken position som helst så det finns ingen gräns för potentialen för förändring, och (b) förändringsagenterna (mutationer och miljö) ligger utanför organismens kontroll.

Men KG-teorin ger oss ett svar - de bevarade kärnprocesserna förblir desamma vid reproduktion. När en mor för vidare en äggcell till sin avkomma, innehåller den cellen allt som krävs av avkomman för sin arkitektur och maskineri. DNA-sekvenserna står för tillverkning av mer råmaterial för embryot att gå igenom sin utveckling, men den faktiska arkitekturen och maskineriet står modern för. De nya yttermembrant hos embryot är det som den fått från moderns cell, utöka med mer av samma material. Den nya cytoskelettet är bara moderns cytoskelett utökat med nytt material. De nya organellerna är moderns organeller som replikeras oberoende av kromosomerna. Den nya membranen är moderns membran utökade med mer av samma material.

Under de tidiga stadierna av fosterutvecklingen, är den nya kromosomuppsättningen helt nerstängd och allt embryots grundarbete är förlagt till tusentals olika RNA typer tillhandahållna av modern. Först efter att detta grundarbete är gjort aktiveras den nya kromosomuppsättningen och moderns RNAer bryts ner och återvinnas.

Den inbyggda varierbarheten i denna ärftlighetsprocess är den modulära genreglerings- och signalleringsnätverken. En lämplig analogi kan vara ett hus och dess nätverk av energiförsörjning, avlopp och kommunikationskanaler och gränssnitt. Kablage och rör byggs in i huset, men det finns många gränssnittspunkter dit en stor variation av hushållsapparater kan anslutas, kopplas från, och ordnas om. Det är kombinationen av inpluggade apparater i detta nätverk som står för variationen, och huset med sina avlopp och ledningar står för det statiska. I vilken utsträckning "huset" själv kan varieras återstår att utröna.

Bevarade kärnprocesser

Kapitel 7 i Kirschner och Gerharts bok sammanfattar detta ämne så jag kommer bara att citera valda delar av den. Mina tillägg eller sammanfattningar finns inom hakparenteser:

"Bevarade kärnprocesser [består normalt av] flera proteinkomponenter [i genomsnitt ca 5, högst troligen omkring 300], bevarade ifråga om sin [aminosyra] sekvens. Deras uppgift är att generera fenotyp från genotyp. Dessa processer uppstod historiskt i några få återkommande vågor av innovation.

"I människornas härstamning, inkluderar dessa innovationer:

  • Processerna i de första bakterierna [alla maskinerna i en bakteriecell],
  • [Processerna i] de första eukaryoterna [alla maskiner i en eukaryot cell],
  • [Processerna i] de första flercelliga organismerna [samarbete mellan celler, specialisering av struktur och funktion hos olika celler och integration av specialiserad cellkomplex till funktionella organ och organismer]
  • [Processerna i] stora bilaterala kroppsplaner hos metazoa (djurriket) (inklusive ryggsträngsdjur och ryggradsdjur),
  • [Processerna i] "Neural crest cells" hos ryggradsdjur [som möjliggör diversifiering av huvudets region]
  • [Processerna i] lemmar hos de första landdjuren,
  • [Processerna i] Neocortex [nyckelregionen i hjärnans utveckling].

"De flesta evolutionära förändringar i metazoa [flercelliga djur] sedan rpsv:Kambrium har inte kommit från förändringar av de centrala processerna själva eller från nya processer, utan från regulatoriska förändringar som påverkar implementationen av kärnprocesser. Dessa förändringar ändrar tid, plats, omständighet och storlek hos genuttryck ...

"Kärnprocesserna är byggda på särskilda sätt för göra dem lätta att koppla samman i nya kombinationer ... dessa särskilda egenskaper inkluderar:

  • (a) Svag koppling, en egendom särskilt host signaltransduktion [detektion och respons] och transkription [kopiering] ... responsen är maximalt förberedd och redo att utlösas [av en START eller STOPP-signal].
  • (b) Utforskande beteende, en egenskap hos [cellulära processer och populationer av organismer] ... förmågan att generera ett obegränsat antal resulterande tillstånd [som] är konstruerade för att vara mottagliga för den [selektiva] agent [som kommer att tjäna] som en stabiliserande kraft, och välja ett tillstånd bland det stora antal tillstånd som genereras.
  • (c) Kompartmentalisering, en egenskap hos embryonal rumslig organisering och celltypskontroll. [Kompartmentalisering har] underlättat en stor ökning av komplexiteten i anatomin och fysiologin utan en motsvarande ökning av komplexiteten i de bevarade kärnprocesserna.

"Generering av varation underlättas främst av:

  • Minskning av dödligheten hos mutationer,
  • Reducering av antalet mutationer som behövs för att producera helt nya saker (eng. "novelty"), och
  • Ökning av den genetiska mångfalden hos befolkningen genom undertryck av dödlighet [vilket därmed låter mutationerna lagras och ärvas].

"Robusthet [är] i centrum för vår teori ... de bevarade kärnprocesserna byggs [starkt] för att ge tillräckliga resultat trots förändrade villkor och inputs. [Egenskaperna] robusthet, flexibilitet och mångsidighet [behövs] för att de grundläggande processer ska kunna fungera tillsammans ... organismen som helhet är ... en balanserad responssystem ... Det responderar på mutationer genom att göra ändringar som det det i stort sett är i förväg förberett på att göra ... Genetisk variation eller mutationer behöver inte vara kreativa, de behöver bara utlösa den kreativitet som finns inbyggd de bevarade mekanismerna.

"Alla de speciella egenskaperna hos de bevarade kärnprocesser var tvungna att utvecklas innan regulatorisk evolution kunde ta fart, för om komponenterna i de olika processerna skulle störa varandra i de nya kombinationerna, skulle sådant genuttryck aldrig ge någon fördel.

"Underlättad variation förutsätter tillgång till [de bevarade kärnprocesserna]. Utvecklingen av dessa processer och egenskaper borde ses som de primära händelserna i evolutionen, och kräver hög grad av helt nya saker (eng. novelty). ... När väl de bevarade processerna fanns tillgängliga, uppstod dock möjligheten till variationen genom regulatorisk omkastning och omslussning av dessa processer, och denna omkastning och omslussning var mycket enklare än att uppfinna processerna i sig.

"Det viktigaste bedriften hos teorin om underlättad variation, är att se organismen spela en central roll i att bestämma arten och graden av variation ... Vi anser att organismen är så utformad att dess egna slumpmässiga genetisk variation kan framkalla komplexa fenotypiska förändringar."

Ytterligare relevanta kommentarerer från kapitel 8 är bl.a. följande:

"... evolverbarhet ... är den största anpassningen av alla ... Variation underlättas till stor del eftersom så mycket nya saker (eng. "novelty") finns tillgängligt i det som organismen redan förfogar över"(s. 252,273).

"Teorin om underlättad variation öppnar upp en ny uppsättning frågor om ursprunget till bevarade kärnprocesser ... [de] kan ha uppstått tillsammans som ett paket, för vi känner inte till någon organism i dag som saknar någon del av paketet. ... De mest obskyra uppkomsten av en kärnprocess är skapandet av den första prokaryota cellen. Nyheterna (eng. "novelty) och och komplexiteten hos cellen är så långt bortom något icke-levande i dagens världen att vi står förbryllade över hur det kunde ske" (s. 253, 256).

Continue checking from here on

Invisible anatomi

Kirschner och Gerhart myntade begreppet "osynliga anatomy" för att beskriva de kretsar som producerar den synliga anatomi. Att konstruera en vuxen från ett zygot, det zygot måste först bygga upp en phylotypic embryo - en massa celler med mycket bevarad form, som är densamma över hela sin stam. Detta philotypic scenen är uppdelad i många, till stor del oberoende, 3-dimensionella utrymmen där olika gen byta nät är kopplade upp på olika sätt anpassade till den unika utvecklingstoxicitet störtsjö som senare kommer att inträffa i varje fack.

Men signalen är inte lärorikt är det tillåtande - det inte tala om för kretsar vad de ska göra, det bara utsättningar eller förtrycker den redan inbyggda förmåga celler att göra vad som behöver göras. Människan har cirka 300 avdelningar i deras phylotypic embryot. Det innebär att det måste finnas minst 300 olika kretsar - utvecklingstoxicitet program för kropp segment - som kan aktiveras eller förtryckta i varje cell.

Kopplingsnät

rätt | thumb | Figur 1. Distala mindre gen används vanligen i insektsvaxer embryo, ben och vingar och har en switch för varje av dessa funktioner (t.ex. flyga, övre panelen). I fjärilar (bottom panel), har en extra switch som gör det på att producera flygeln spots. Gene växlar lätt funktionshindrade genom mutation så detta utesluter ett mutational ursprung för nya växlar. Den största skillnaden mellan neo-darwinistisk och KG teori är att den tidigare åsikter gener som har en kontinuerlig effekt på organismer, medan den molekylära verkligheten är att gener fungerar bara när de är påslagna. Detta är en stor skillnad. Allt i KG teori flöden från detta faktum. Utvecklingen sker inte i första hand genom att förändra DNA-sekvenser, som neo-Darwinists antas utan av omstruktureringen att byta kretsar.

Gene växlar är delar av DNA på kromosom vanligtvis nära där genen är belägen (figur 1). En gen kan vara inblandade i tio eller flera steg i utvecklingen och kommer att ha en separat omkopplare för varje etapp. Sean Carroll, en ledande forskare inom detta område, säger "djurens organ [är] inbyggd bit för bit, rand av rand, ben med ben - med konstellationer av växlar distribueras över hela genomet [min kursivering]. '6 Utvecklingen sker i huvudsak genom att lägga till eller ta bort växlar, för det är enda sättet att ändra organism medan genen sig oskadad genom mutation så att den kan fortsätta att fungera normalt i många andra roller. Carroll anser att begreppet "kanske den viktigaste, mest grundläggande insikt från evolutionär utvecklingsbiologi.'7

Figur 1 visar utvecklingen-byswitch-sidan genom att visa hur fjäril flygeln fläckar tillverkas genom att lägga till en ny flygel plats byta till en befintlig gen Distal mindre som redan är involverade i utvecklingen av insektsvaxer embryo benet och wing.8

Gene växlar är mycket komplicerade produkter. Carroll jämför dem till en Global Positioning System (GPS) satellit-navigering enhet som integrerar information från flera olika satelliter för att beräkna den rätta produktionen i en viss situation. Gene växlar också ge "utsökt geografiska specificitet [från den inbyggda logik] ... den makeup varje växel olika [och] den fysiska integriteten för switchar är mycket viktigt för normal utveckling. Om en växel störas eller brytas genom mutation, sedan rätt ingångar inte är integrerade.'9

Anledningen till att gener fungerar bara genom att vara antingen helt ON eller OFF är mycket lätt att förstå - eftersom en del bildade utskrift skulle bli värdelösa skräp i en trång cell. Endast fullständig transkript är användbara, och när de inte ville, genen måste vara avstängd så att den inte täppa upp kraftigt trånga cellen med oönskade utskrifter.

Figur 2 beskriver delar av en gen switch som använder negativ feedback som kontrollmekanism. De molekyler som deltar i växlar kallade transkriptionsfaktorer och kan aktivatorer (att skicka en GO meddelande) eller repressors (som skickar ett STOP-meddelande). Om en repressor är förtryckta sedan STOP + STOP = GO.

Uri Alon vid Weizmann Institute har undersökt växlar och signaler och fann två huvudtyper: 1 0

Switchbox samband med signalmottagning och svar, som verkar över metabola Temne skalor sekunder. Dessa inkluderar: enskild faktor förordningen negativa autoregulation positiva autoregulation, foder framåt loopar (FFL) av både positiva och negativa slag, multi-output FFLs att reglera många gener samtidigt, single-input-moduler och tätt överlappande regulons som kan reglera en eller hundratals utgångsenergi gener, och de kan ha en eller hundratals ingångar från olika håll.

Switchbox i samband med utvecklingunder hela livstiden för organismen. Dessa inkluderar: positiva återkopplingar, negativa återkopplingar, diamant nätverk flerlagerteknik diamant nätet och foder framåt loopar att kombinera i stora nätverk.

Switchbox lätt funktionshindrade genom mutation, så Alon upp frågan om huruvida sådana system som FFLs utvecklats från dubblering av en uråldrig FFL. Svaret tycks vara nej, eftersom tydligen homologa gener brukar regleras av transkriptionsfaktorer som är så olika att de är klassade i helt olika familjer. Evolution måste ha konvergerat självständigt på samma förordning kretsar om och om igen.

Detta är kanske förklaras av att transcription nätverk verkar ReWire snabbt: det tar bara några få mutationer för att ta bort bindande webbplats av en tillsynsmyndighet i ett visst projektansökaren och därmed förlora en pil i ett nätverk. Även närbesläktade organismer ofta har olika nätverk motiv för att reglera en viss gen, förutsatt att de bor i olika miljöer ... En hypotes är att nätet [s] är valda enligt de beräkningar som krävs i miljön av varje art.'10

Det sistnämnda verkar hålla med KG teori, att byta krets modularitet ger stor källa till naturlig variation. En annan viktig bekräftelse av begreppet är Savageau efterfrågan regeln. Detta experimentellt observerade regel som ofta behövs gener brukar vara reglerat av aktivatorer, medan sällan behövs gener brukar vara reglerat av repressors. Det har visat sig att en strategi där fel minimeras leder till Savageau efterfrågan regeln. "Detta är fel (mutationer och oprecisa biokemiska reaktioner) minimeras i sökandet efter användbara krets kombinationer.

Embryonic byta mönster

Vi befinner oss nu i en position att illustrera fosterutveckling, i stora drag, i en serie som byter händelser. Den geografi "eller groundplan för varje organism är etablerad i början avdelningar i zygot. Viktiga geografiska faktorer inkluderar:

  • Inne (endoderm och mesoderm) och utanför (ectoderm)
  • Chef (munnen och hjärnan slutet) och svans (analsex slut)
  • Vänster och höger (i bilaterala djur)
  • Fram och tillbaka (i bilaterala djur).

Dessa geografiska kretsar är positiva återkopplingar som shunt irreversibelt till, till exempel "svansen och huvudet PÅ"-läge. Den jämförbara krets i svansen slutet shuntar irreversibelt till "svans ON och chef OFF" stat. I alla ättlingar av dessa celler, senare instruktioner kommer att passera genom dessa kretsar, så att exempelvis när instruktioner ges för att bygga en lem, den geografiska kretsar kommer att se till att en forelimb tillverkas i huvudet slut och en hind delgrunden produceras på svansen slut.

Inom vår grupp bilaterians de ryggradsdjur, ytterligare kretssystem är kopplat upp inom detta tredimensionella groundplan så att det "phylotypic skede" alla embryon ser anmärkningsvärt liknande (ritningar som Haeckel vanhedrande förvanskade för att se ännu mer lika än vad de verkligen är). Likheten är ingen slump, eftersom alla ryggradsdjur embryon mönstrade med exakt samma uppsättning av gener, som visas i figur 3. Alla gener upp till hox6 reglera hjärnan och chef utveckling, och de från hox7 till cad reglera ryggmärg och kropp utveckling.

Genom detta skede av ryggradsdjur embryon bestå av cirka 300 till stor del oberoende fack, och vidareutveckling sker enligt en särskild koppling kaskad i varje fack. Kroppen-mönster gener visas i figur 3 skapa dessa avdelningar via en enda ingång kretsar att ha flera trösklar i samverkan med grund-plan kretsar (inne-ute, huvud-svans, höger-vänster, fram-back) och kroppen differentiera gener (de som producerar delar, öron, revben osv.)

Autopoietic kontroll

Livet styrs av kodad information. Det övergripande syftet med denna information verkar vara överlevnad, särskilt överlevnad via rörliga reproduktion. KG teori säger att organismer är byggd för att variera, och det kunde inte bli på något annat sätt eftersom sköra liv, precis som Paley's metall klocka, skulle funktionsfel under de första effekterna av antingen interna eller externa hinder. Snarare "organismen som helhet är en ... redo reaktionssystem [redo att göra] förändringarna är det till stor del förberett i förväg för att göra "(KG s. 226).

Men protein-kodande information av DNA är uppenbarligen inte den enda information som är verksamma i celler. En gen endast ger linjär sekvens av aminosyror i ett protein, men dess viktigaste funktion är resultatet av sin 3-dimensionella form, inte dess linjära sekvensen. Många olika aminosyror kan ersätta i den linjära sekvensen utan att minska dess funktionalitet, men 3-D form är mycket hårt begränsad, men kan inte förutsägas från linjär sekvens. Proteiner kan vika på många olika sätt, så måste det finnas extra information någon annanstans som styr folding process. Speciella molekyler kallas chaperones styra folding process, så det måste vara fällbara information inbyggda till chaperones. De kan också upptäcka och rätta till mis-vikas proteiner, och de kan upptäcka när ett protein är vilseledande vikas bortom reparation och har det markerat för nedbrytning och återvinning.

Autopoietic beslutsfattande under fosterutveckling är av "om ... sedan ... "Typ känner till dataprogrammerare. Embryonala celler fatta beslut grundar sig på tre typer av information: (a) instruktioner från mamman (mRNA i ägget cytoplasman), (b) villkoren i cellen själv, och (c) information från sina närmaste grannar. Därför, om en cell är i sin specialisering kretsar i OFF-läge, och det har sin polaritet krets i en stat, och det har bara en angränsande cell, sedan drar slutsatsen att det är i två-cell av fosterutveckling så det kommer dela upp och slå på sina bilaterala förbindelser men behålla alla sina specialisering kretsar i OFF-läge.

I ett senare skede, om det inte längre finns några instruktioner från mamman och cellen specialiserade lever kretsen är ON och alla dess grannar lever celler och fosterutveckling kretssystem är avstängd och fostrets kretssystem är PÅ, då cellen delar sig och återskapa en exakt kopia av sig själv att låta levern att växa i storlek tills födseln skede.

Senare i livet, det autopoietic systemet kommer att se till att underhåll och reparationer utförs för att hålla cellen fungerar. Men när telomere "klockan", säger den tiden är slut kommer det att leda till ett frisläppande av cytokrom c från mitokondrierna i cytoplasman som kommer att ställa in apoptosome i handling att avveckla cellen och återanvända innehållet. 12

Underlagen för teorin

Den främsta skillnaden mellan neo-DARWINISM och KG teori är att den förra sätter gener i kontrollen av ärftlighet och därmed utvecklingen, medan de sistnämnda sätter cell i kontroll. Figur 4 illustrerar denna avgörande skillnad.

De molekylära finns klara bevis för cell kontroll. En nyligen intensiva studier av transkriptionsfaktorer verksamhet i en 1% urval av det mänskliga genomet hittades en häpnadsväckande mängd oväntade verksamhet. Nästan hela genomet är utskriven, i båda riktningarna (båda delarna av DNA dubbelspiralen), i flera kopior (i genomsnitt 5 i genen regioner och 7 i icke-gen-regioner) som överlappar med i genomsnitt 10 till 50 gånger större en typisk genen. Den bästa prediktorn av var och när denna överföring sker är bara en faktor - kromatin struktur. 13 kromatin är komplex av DNA och protein som super-ringar lång tunn DNA i korta fett kromosomer, och det måste uncoiled för utskrift kommer att uppstå.

Samma slutsats - att kromatin struktur utgör kärnan i transcription verksamhet - har kommit fram till genom studier av sambandet mellan kromatin och nukleära porer. 14 I eukaryoter, kromosomer är inrymt i kärnan, och till och från kärnan är mycket noga kontrolleras via särskilda strukturer kallas nukleära pore komplexa (NPC). Transcription bara inträffar vid det inre öppning av dessa NPCs. Den relevanta kromosom måste få en porstorlek och transcription webbplats korrekt justerade. DNA är avrullat från byggnadsställning proteiner, sedan histone ringar är vridna runt för att exponera kopian regionen, doublehelix är uppackade och överföring maskiner producerar en RNA-kopia av DNA. Kopian är markerad för noggrannhet och korrigeras vid behov (eller förstörd om felaktiga bortom reparation) då RNA är märkt för export ut genom NPC och till sin destination i cellen. DNA är sedan tystas igen genom att vara zippade upp och återspola på sin histone och byggnadsställningens protein kromatin strukturer. Så DNA är normalt i en form som motsvarar en stängd bok. När cellen vill ha viss information som den öppnar boken, kopior av relevanta avsnitt och sedan stänger boken igen. DNA omfattar inte den här processen - det hålls i lager tills det behövs. Cellen är klart kontroll.

Den andra stora skillnaden mellan KG teori och neo-DARWINISM är hur gener fungerar på organismer. I det klassiska fallet med Darwin's Galapagos finkar, neo-darwinistisk teori förklarar variationen i fink näbben storlek och form via mutationer och naturligt urval som agerar vid upprepade tillfällen under en längre tid. Många små förändringar måste ske självständigt och i övre och nedre beaks i angränsande skalle, och i huvudet muskler, för att samordna och för dem alla i den nödvändigtvis livskraftiga mellanliggande beaks av de fåglar som behöver för att överleva under hela skillnader.

Däremot senaste experiment tyder på att justtwo förändringar är inblandade. Benet morfologi protein BMP4 uttryckt tidigare eller senare i fosterutveckling orsaker breda eller smala näbben utveckling, 15 och mer eller mindre av kalcium regulator protein calmodulin producerar långa eller korta beaks, respektive. 16 Gerhart och Kirschner 17 nämna detta som experimentell validering av deras teori. Hela craniofacial utvecklingstoxicitet är fackindelade och samordnas av en modulär regelsystem som lätt kan rewired "med några reglerande mutationer" (KG s. 236) att ta fram nya funktioner som lätt kan integreras i redan förberedda, robusta, bevaras -core-process-baserade system. Fältobservationer bekräftar att sådana förändringar ske snabbt inom några generations.18

Mer neo-darwinistisk fel

Den neo-darwinistisk genetiska teori om ärftlighet antas att egenskaper hos organismer är kodade på gener med runt en "en-gen-till-en-karaktär" korrespondens. Som organismer utvecklats till en större komplexitet, mer gener lades via gen dubbelarbete och efterföljande oberoende mutation av extra kopia till nya användbara tecken. 19 Mer komplexa organismer var således förväntas medföra fler gener än mindre komplexa. Dessutom linjer som avvek tidigt i historien om livet skulle ha muterat på praktiskt taget varje plats, vilket gör dem ganska skillnad på genetisk nivå. Detta ledde Ernst Mayr att i hans 1963 bok djurarter och Evolution "sökandet efter homologa gener [härstammar från samma förfader] är ganska meningslöst utom i mycket nära släktingar. '20

Dessa prognoser har alla dramatiska förfalskats genom molekylära upptäckter:

  • Det finns inget ett-till-en korrespondens mellan gener och tecken. De flesta gener pleiotropa - de påverkar många olika delar och faser av livet. Och alla utom de mest triviala tecken bestäms av ett stort antal gener-50% till 80% av hela genomet är nödvändigt för många kroppsfunktioner i vertebrates.2 1
  • Genetisk information är inte linjär, utan interfolierade, producerar flera överlappande transkript. Dessutom är exons (DNA-segment som direkt kodar för proteiner segment) i en gen som inte är specifikt för den genen, men kan delta i anpassningsbart sätt med upp till 33 olika gener på så många som 14 olika chromosomes.2 2
  • Det finns ingen korrelation mellan organismens komplexitet och genen nummer. Ris och kräftor transportera fler gener än människan.
  • Homologa gener förekommer över hela spektrumet av livet. Omkring 20% av det mänskliga genomet är homologa med bakterier, ca 50% är homologa med eukaryoter (svampar, växter och djur), ca 80% är homologa hela djurriket, och ca 99% är homologa i alla ryggradsdjur, vilket innebär att endast ca 1% som är unikt human.2 3 Cirka 500 gener är "odödlig" och har inte ändrats alls i deras viktiga funktionella sekvenser i hela historien om livet. 24

En av de mest allvarliga fel - som kommer att behöva en hel del knäppa - är den stora mängd molekylär taxonomi som har bygger på idén att "skräp-DNA" ger oss en sammanfattning av pastmutations och därmed fungerar som ett "molekylära klockan. " Vi vet nu att icke-protein-kodande DNA är mer aktiva i cellen än gener. Enligt KG teori, molekylär taxonomi kan bara fungerar korrekt genom att jämföra "dolda anatomies" över artsammansättningar, inte DNA-sekvenser. För att förstå dolda anatomi vi måste hitta det föreskrivande kod. Nya aspekter av genreglering som rapporteras dagligen, men än så länge ingen har kunnat sätta ihop den fullständiga koden för en hel organism.

Slutsats

Låt oss stå tillbaka överväga stora bilden av hur livet fungerar på molekylär nivå.

Livet består av bevarade kärnprocesser och modulära föreskrivande kretsar. Alla särskilda egenskaper hos de bevarade processer måste vara på plats innan nya regelverket skulle kunna äga rum. Var kom de ifrån? 'They may have emerged together as a suite, for we know of no organism today that lacks any part of the suite.'

'The novelty and complexity of the cell [the most important conserved core processes that has modular regulatory circuitry built-in] is so far beyond anything inanimate in the world of today that we are left baffled by how it was achieved.'

A living organism is 'a poised response system [that] responds to mutation by making changes it is largely prepared in advance to make.' 'Genetic variation or mutation does not have to be creative; it only needs to trigger the creativity built into the conserved mechanisms.'It could not be otherwise, because invariable life would soon become extinct.

Who will be game enough to say the words? Only intelligent design can explain such data. There are no naturalistic explanations.

References

1. Kirschner, M.W. and Gerhart, J.C., The Plausibility of Life: Resolving Darwin's Dilemma, Yale University Press, New Haven, CT, 2005.

2. Lightner, J., Designed to inhabit the earth, a review of The Plausibility of Life by Marc W. Kirschner and John C. Gerhart, Journal of Creation 22(l):33-36, 2008.

3. De Duve, C., Singularities: Landmarks on the Pathways of Life, Cambridge University Press, New York, 2005.

4. Yockey, H.P., Information Theory, Evolution and the Origin of Life, Cambridge University Press, MA, 2005, Chs.3, 13.

5. Gould, S.J., The Structure of Evolutionary Theory, Harvard University Press, 2001, MA, p.749.

6. Carroll, ref. 8, p. 111.

7. Carroll, S.B., Evolution at Two Levels: On Genes and Form, PLoS Biology 3(7): 1159-1166, 2005; p. 1162.

8. Carroll, S.B., Endless Forms Most Beautiful: The New Science of Evo- Devo, Norton, New York, 2005.

9. Carroll, ref. 8, pp. 114-118, 124.

10. Alon, U., Network motifs: theory and experimental approaches, Nature Reviews Genetics 8:450-461, 2007.

11. Shinar, G., Dekel, E., Tlusty, T. and Alon, U., Rules for biological regulation based on error minimization, PNAS 103(1l):3999-4004, 2006.

12. Riedl, S.J. and Salvesen, G.S., The apoptosome: signalling platform of cell death, Nature Reviews Molecular Cell Biology 8:405-413, 2007.

13. Birney, E. et al., Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project, Nature 447:799-816, 2007.

14. Akhtar, A. and Gasser, S.M., The nuclear envelope and transcriptional control, Nature Reviews Genetics 8:507-517, 2007.

15. Abzhanov, A., Protas, M., Grant, B.R., Grant, P.R. and Tabin, C.J., Bmp4 and morphological variation of beaks in Darwin's finches, Science 305(5689): 1462-1465, 2004.

16. Abzhanov, A., Kuo, W.P., Hartmann, C, Grant, B.R., Grant, P.R. and Tabin, C.J., The calmodulin pathway and evolution of elongated beak morphology in Darwin's finches, Nature 442:563-567, 2006.

17. Gerhart, J. and Kirschner, M., The theory of facilitated variation, PNAS 104:8582-8589, 2007.

18. Grant, P.R., Ecology and Evolution of Darwin's Finches, Princeton University Press, NJ, 1999.

19. Ohno, S., Evolution by Gene Duplication. Springer-Verlag, New York, 1970.

20. Carroll, S.B., The Making of the Fittest: DNA and the ultimate forensic record of evolution, Norton, New York, p. 78, 2006.

21. Lein, E.S. et al., Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain, Nature 445:168-176, 2007. Kapranov, P., Willingham, A.T. and Gingeras, T.R., Genome-wide transcription and the implications for genomic organization, Nature Reviews Genetics, published online 8 May 2007.

23. Lewin, B., Molecular Biology, MBIO-3.14 More complex species evolve by adding new gene functions, <www.ergito.com/toc.jsp?bcs=MB10>, 2 September 2006.

24. Carroll, ref.20, p.79.

25. Bell, P., Apoptosis: cell 'death' reveals creation, Journal of Creation 16(1):90—102, 2002; <www.creationontheweb.com/apoptosis>.

Alex Williams received a B.Sc. in botany from the University of New England, an M.Sc.(Hons.) in radioecology from Macquarie University, and is an elected member of the Australian Institute of Biology. He has diplomas in Christian studies from Tabor College and Bible College of South Australia (in missiology), a nd a Licentiate in Theology (with distinction) from the Australian College of Theology. During 20 years in environmental research, he became the Australian representative to the United Nations in his field, and produced for them a two-volume multi-authored monograph on the environmental behaviour of radium. He then spent seven years in mission work and is now an honorary botanist at the Western Australian Herbarium in Perth. He is a regular contributor to Creation and Journal of Creation and co-author of Dismantling the Big Bang.