Przejdź do zawartości

Przejdź do spisu treści

 PYTANIE 3

Skąd się wzięły instrukcje zapisane w DNA?

Skąd się wzięły instrukcje zapisane w DNA?

Dlaczego wyglądasz właśnie tak, jak wyglądasz? Co zadecydowało o twoim kolorze oczu, włosów i skóry, o twoim wzroście, figurze bądź podobieństwie do rodziców? Skąd twoje palce wiedziały, że po jednej ich stronie mają się uformować miękkie opuszki, a po drugiej twarde paznokcie?

W czasach Karola Darwina nie znano jeszcze odpowiedzi na te pytania. Jego samego bardzo intrygowała kwestia przekazywania różnych cech z pokolenia na pokolenie. Niewiele jednak wiedział o prawach genetyki, a jeszcze mniej o wewnątrzkomórkowych mechanizmach rządzących dziedzicznością. Od tamtej pory w genetyce dokonał się ogromny postęp. Biolodzy poświęcili dziesiątki lat na badanie szczegółowych instrukcji zawartych w zadziwiającej cząsteczce kwasu deoksyrybonukleinowego, czyli DNA. Warto się więc zastanowić nad ważnym pytaniem: Skąd się wzięły te instrukcje?

Co twierdzą uczeni? Wielu biologów i innych naukowców uważa, że DNA oraz zakodowane w nim instrukcje powstały w wyniku przypadkowych procesów, które zachodziły na przestrzeni milionów lat. W budowie tej cząsteczki nie dostrzegają oni żadnych znamion zaprojektowania. Ich zdaniem nie świadczą o nim ani informacje przechowywane w DNA, ani też sposób, w jaki są one wykorzystywane i przekazywane do komórek potomnych17.

Co mówi Biblia? Biblia poetycko wspomina o „księdze” zawierającej instrukcje, kiedy i jak mają się formować poszczególne części ludzkiego ciała. Oznajmia, że instrukcje te pochodzą od Boga. Król Dawid tak powiedział o swoim Stwórcy: „Oczy twoje widziały nawet mój zarodek, a w twej księdze były zapisane wszystkie jego cząstki — w dniach, gdy się kształtowały i nie było jeszcze ani jednej z nich” (Psalm 139:16).

Na co wskazują dowody? Jeżeli teoria ewolucji jest prawdziwa, to powstanie DNA w wyniku serii przypadkowych zdarzeń powinno wydawać się całkiem prawdopodobne. Jeśli zaś rację ma Biblia, to cząsteczka ta powinna dostarczać mocnych dowodów, że jest dziełem genialnego umysłu.

Podstawowe fakty dotyczące DNA są stosunkowo łatwe do zrozumienia, a jednocześnie fascynujące. Wybierzmy się zatem jeszcze raz na wycieczkę do wnętrza  komórki — tym razem do komórki człowieka. Wyobraź sobie, że wchodzisz do muzeum będącego modelem typowej ludzkiej komórki, powiększonej 13 000 000 razy. Rozmiarami przypomina więc ono ogromną halę sportową, która mogłaby pomieścić 70 000 osób.

Już na samym początku ogarnia cię zdumienie i zachwyt. Pełno tu niezwykłych tworów o najrozmaitszych kształtach. Mniej więcej w środku znajduje się kuliste jądro, wysokie na jakieś 20 pięter. Właśnie tam kierujesz swoje kroki.

„Arcydzieło inżynierii” — jak upakowane jest DNA: Upakowanie DNA w jądrze komórkowym budzi najwyższe zdumienie — odpowiada umieszczeniu 40-kilometrowej nitki w piłce tenisowej

Przedostajesz się przez otoczkę jądra i zaczynasz się rozglądać. Przede wszystkim rzuca ci się w oczy 46 chromosomów, pogrupowanych w pary. Chromosomy w każdej parze są identyczne, ale poszczególne pary różnią się od siebie wielkością. Jedna z nich wznosi się na wysokość 12-kondygnacyjnego budynku (1). Każdy chromosom mniej więcej pośrodku ma przewężenie, wskutek czego wygląda jak dwie połączone ze sobą parówki o grubości porównywalnej z pniem olbrzymiego drzewa. W poprzek chromosomu biegną paski, na których z bliska można dostrzec pionowe linie, a między nimi krótsze linie poziome (2). Mogłoby się wydawać, że to stosy książek leżących na półkach. Tymczasem są to grzbiety pętli poukładanych ciasno w kolumny. Wyciągasz jedną z pętli i ze zdumieniem dostrzegasz, że składa się ona z mnóstwa mniejszych zwojów (3), również bardzo gęsto upakowanych. W końcu widzisz zasadniczy element całej konstrukcji — coś, co przypomina niezmiernie długą linę. Cóż to takiego?

BUDOWA FASCYNUJĄCEJ CZĄSTECZKI

Oglądana przez ciebie lina ma jakieś 2,5 centymetra grubości. Jest ciasno owinięta wokół dysków (4), dzięki którym może tworzyć spiralne zwoje, a z nich większe pętle. Pętle te są przymocowane do rusztowania, które podtrzymuje całą konstrukcję. Obok modelu chromosomu zauważasz planszę z informacją, jak niesamowicie zwinięta jest ta lina. Otóż gdyby rozciągnąć liny ze wszystkich chromosomów w tym muzeum, miałyby długość aż połowy obwodu Ziemi! *

W pewnej publikacji naukowej ten niezwykle efektywny sposób upakowania nazwano „arcydziełem inżynierii”18. Czy sugestia, że do powstania takiego arcydzieła nie był potrzebny żaden inżynier, brzmi rozsądnie? Wyobraź sobie, że nasze muzeum to gigantyczny sklep z milionami towarów, które są tak starannie poukładane, by każdy z nich można było bez trudu znaleźć. Czy przyszłoby ci do głowy, że  wszystko to poukładało się samo? Na pewno nie! A przecież porządek w takim sklepie to drobnostka w porównaniu z tym, co widać w jądrze komórki.

Kolejny napis w muzeum zachęca, byś wziął ową linę do ręki i dokładnie się jej przyjrzał (5). Gdy przesuwasz ją w palcach, przekonujesz się, że nie jest to zwykła lina. Składa się z dwóch oplecionych wokół siebie sznurów, które połączone są równo rozmieszczonymi szczebelkami. Przypomina więc skręconą sznurową drabinę albo kręcone schody (6). Czy wiesz, co trzymasz w ręku? Tak, to model cząsteczki DNA — wielkiej tajemnicy życia.

I właśnie taka jedna cząsteczka DNA — ciasno opleciona wokół dysków zwanych rdzeniami histonowymi i podtrzymywana przez białkowe rusztowanie — tworzy cały chromosom. A wspomniane wcześniej szczeble to pary zasad azotowych (7). Jaka jest ich rola? Do czego to wszystko służy? W naszym muzeum znajdziemy uproszczone wyjaśnienia.

NADZWYCZAJNY SYSTEM PRZECHOWYWANIA INFORMACJI

Okazuje się, że szczeble drabiny DNA odgrywają niezwykle ważną rolę. Wyobraź sobie, że jej sznury oddzielają się od siebie. Z każdego wystają teraz fragmenty szczebli, czyli pojedyncze zasady. W DNA występują tylko cztery rodzaje zasad, które oznaczane są literami A, T, G i C.  Uczeni ze zdumieniem odkryli, że za pomocą tych liter zostały zakodowane informacje.

Jak zapewne wiesz, w XIX wieku Samuel Morse stworzył alfabet, dzięki któremu ludzie mogli się porozumiewać za pośrednictwem telegrafu. Chociaż ten alfabet ma tylko dwie „litery” — kropkę i kreskę — to można nimi wyrazić każde słowo i zdanie. DNA wykorzystuje kod czteroliterowy. Kombinacje liter A, T, G i C tworzą „słowa” zwane kodonami. Te z kolei układają się w „opowiadania”, czyli geny. Taki gen składa się przeciętnie z 27 000 liter. Geny i długie odcinki DNA znajdujące się pomiędzy nimi tworzą „rozdziały”, to znaczy poszczególne chromosomy. A 23 chromosomy to cała „książka”, czyli genom — kompletna informacja genetyczna danego człowieka *.

Genom to ogromna księga. Jak dużo informacji zawiera? Ludzki genom składa się z około trzech miliardów par zasad19. Pomyśl o encyklopedii, której każdy tom ma ponad tysiąc stron. Informacje zapisane w jednym genomie zapełniłyby 428 takich tomów. A ponieważ w komórce znajdują się dwa genomy, więc w sumie powstałoby 856 tomów. Gdybyś te informacje zapisywał sam, musiałbyś pracować na cały etat, i to bez żadnego urlopu, przez jakieś 80 lat!

Rzecz jasna cała ta praca nie miałaby żadnej wartości dla twojego organizmu. No bo w jaki sposób wcisnąłbyś setki opasłych tomów do każdej ze 100 bilionów mikroskopijnych komórek w twoim ciele? Taka kompresja danych przekracza ludzkie możliwości.

Profesor biologii molekularnej i informatyki zauważył: „Gram DNA, który w suchej postaci zajmuje około 1 cm3, może przechować tyle informacji, ile daje się zapisać na bilionie CD-ROM-ów”20. Co to znaczy? Jak już wiemy, w każdej komórce w DNA znajduje się pełny zestaw instrukcji potrzebnych do budowy danego organizmu, czyli jego genom. W DNA jest upakowana tak ogromna ilość informacji, że na łyżeczce od herbaty zmieściłyby się genomy 350 razy większej liczby ludzi, niż obecnie wynosi liczba mieszkańców naszej planety. Genomy siedmiu miliardów żyjących dziś ludzi utworzyłyby na łyżeczce zaledwie cienką warstewkę21.

KSIĄŻKA BEZ AUTORA?

Gram DNA przechowuje tyle informacji, ile można byłoby zapisać na bilionie CD-ROM-ów

Chociaż w dziedzinie miniaturyzacji nastąpił ogromny postęp, żaden ludzki system przechowywania informacji nie może konkurować z DNA. Mimo to porównajmy je z płytą kompaktową. Nikt nie ma wątpliwości, że ten błyszczący i pomysłowo zaprojektowany krążek jest dziełem kogoś inteligentnego. Na takiej płycie mogą znajdować się różne informacje. Załóżmy, że nie są to jakieś bezużyteczne, przypadkowe dane, ale szczegółowe, uporządkowane instrukcje dotyczące  budowy, konserwacji i naprawy skomplikowanych maszyn. Instrukcje te nie wpływają na wagę ani wielkość płyty. Ale to właśnie one są najistotniejsze. Czyż nie musiała ich opracować jakaś inteligentna osoba? Czy mogłyby nie mieć żadnego autora?

Porównanie DNA do płyty kompaktowej lub książki jest całkiem trafne. W pewnej publikacji tak napisano o genomie: „Nazywanie genomu książką wcale nie jest przenośnią. To naprawdę jest książka. Podobnie jak ona genom zawiera informacje zapisane za pomocą znaków”. Następnie dodano: „Genom to bardzo zmyślna książka, która w odpowiednich warunkach sama potrafi się skopiować i przeczytać”22. I tutaj dochodzimy do kolejnej ważnej właściwości DNA.

MASZYNY W RUCHU

Zwiedzając dalej muzeum, być może zastanawiasz się, czy w jądrze komórki panuje podobny spokój. Dostrzegasz wtedy szklaną gablotę prezentującą model odcinka DNA. Napis zachęca do naciśnięcia przycisku. Gdy to robisz, rozlega się głos narratora: „DNA spełnia co najmniej dwa niezmiernie ważne zadania. Pierwsze nazywa się replikacją. DNA musi zostać skopiowane, tak aby w każdej nowej komórce znalazła się taka sama informacja genetyczna. Zapraszamy do obejrzenia symulacji”.

W gablocie pojawia się skomplikowany aparat zbudowany z kilku połączonych ze sobą maszyn. Przyczepia się do modelu DNA i zaczyna się wzdłuż niego przesuwać niczym pociąg po szynach. Porusza się zbyt szybko, żebyś mógł dokładnie zobaczyć, co robi, ale wyraźnie widzisz efekty jego pracy. Zamiast jednego łańcucha DNA są teraz dwa.

Narrator udziela dalszych wyjaśnień: „Symulacja ta pokazała proces replikacji  DNA w sposób bardzo uproszczony. Zestaw molekularnych maszyn zwanych enzymami przesuwa się wzdłuż DNA — najpierw rozplata łańcuch na dwie nici, a następnie do każdej z nich dobudowuje brakującą nić. W symulacji nie uwzględniono wszystkich enzymów biorących udział w tym procesie. Pominięto na przykład niewielką maszynę, która porusza się przed aparatem replikacyjnym i rozcina jedną z nici DNA, tak by mogła ona obrócić się wokół drugiej. Zapobiega to skręcaniu się DNA w coraz ciaśniejsze zwoje. Nie pokazano też, w jaki sposób wielokrotnie sprawdzana jest poprawność replikacji i usuwane są błędy, dzięki czemu kopiowanie informacji genetycznej odbywa się z zadziwiającą dokładnością”. (Zobacz ilustrację na  stronach 16 i 17).

„Symulacja daje jednak wyobrażenie o prędkości, z jaką przebiega cały proces” — kontynuuje narrator. „Można było zaobserwować, że aparat replikacyjny poruszał się bardzo szybko. Rzeczywisty kompleks enzymów przesuwa się wzdłuż łańcucha DNA z prędkością około 100 ‚szczebli’, czyli 100 par zasad na sekundę23. Gdyby łańcuch DNA miał szerokość torów kolejowych, to aparat przemieszczałby się z prędkością 80 kilometrów na godzinę. W komórkach bakterii maleńkie aparaty replikacyjne mogą pędzić nawet dziesięć razy szybciej! W ludzkiej komórce na różnych odcinkach DNA pracują setki takich aparatów. Cały genom kopiują zaledwie w osiem godzin”24. (Zobacz ramkę „ W czym tkwi sekret kopiowania DNA”, strona 20).

PRZEPISYWANIE DNA

Aparat replikacyjny znika, a na jego miejscu pojawia się inny. On także porusza się wzdłuż łańcucha DNA, lecz znacznie wolniej. Obserwujesz, jak kolejne fragmenty DNA trafiają do wnętrza aparatu i wyłaniają się z drugiej strony w niezmienionej postaci. Ale z oddzielnego otworu wyrasta jakaś nowa pojedyncza nić. Co to takiego?

Narrator wyjaśnia: „Drugie istotne zadanie DNA to tak zwana transkrypcja. Cząsteczki DNA nigdy nie opuszczają bezpiecznego schronienia w jądrze komórki. Jak więc zawarte w genach instrukcje dotyczące budowy wszystkich białek w naszym organizmie mogą zostać odczytane i wykorzystane? Najpierw spoza jądra dociera do DNA sygnał chemiczny, który aktywuje gen. Gdy to nastąpi, do specjalnego miejsca na DNA przyłącza się enzymatyczny aparat transkrypcyjny. Buduje on cząsteczkę kwasu rybonukleinowego (RNA), która wyglądem przypomina pojedynczą nić DNA. Aparat przepisuje na nią informacje  zawarte w genie. Kiedy ich kopiowanie zostaje zakończone, cząsteczka RNA opuszcza jądro komórkowe i łączy się z rybosomem, który na podstawie tych informacji buduje białko”.

Z pewnością podczas oglądania tych symulacji nieraz ogarniało cię zdumienie. Niewątpliwie jesteś pod wrażeniem całego muzeum oraz niezwykłej inwencji tych, którzy zaprojektowali i zbudowali prezentowane w nim maszyny. Pomyśl teraz, co by się działo, gdyby wszystkie te eksponaty udało się wprawić w ruch i pokazać, jak komórka wykonuje jednocześnie tysiące rozmaitych zadań. Cóż to byłby za spektakl!

A przecież taki spektakl cały czas odbywa się w każdej ze 100 bilionów komórek twojego ciała! Przy udziale maleńkich, skomplikowanych maszyn informacje zawarte w DNA są przepisywane i wykorzystywane do budowy setek tysięcy enzymów i innych rodzajów białek wchodzących w skład wszystkich twoich tkanek i organów. Twoje DNA jest także kopiowane, na kopii poprawiane są błędy i dzięki temu każda nowa komórka otrzymuje pełny zestaw potrzebnych instrukcji.

 DLACZEGO WARTO TO PRZEMYŚLEĆ?

Powróćmy do naszego pytania: Skąd się wzięły te wszystkie instrukcje zapisane w DNA? Według Biblii pochodzą od Istoty nadludzkiej. Czy taki pogląd rzeczywiście jest staroświecki i nienaukowy?

Zastanów się: Czy ludzie potrafiliby stworzyć opisane tu muzeum? Na pewno mieliby z tym ogromne trudności. Ludzki genom i sposób jego działania kryją w sobie jeszcze mnóstwo tajemnic. Uczeni wciąż próbują zlokalizować wszystkie geny i ustalić, jakie pełnią funkcje. Tymczasem geny zajmują tylko niewielką część łańcucha DNA. A co powiedzieć o długich odcinkach, które genów nie zawierają? Kiedyś naukowcy nazywali te odcinki „śmieciowym” DNA, ale ostatnio zmieniają swój pogląd — sądzą, że mogą one decydować, kiedy i jak mają zostać wykorzystane poszczególne geny. Jednak nawet gdyby naukowcom udało się skonstruować dokładny model DNA oraz licznych maszyn, które je kopiują i naprawiają błędy,  to czy zdołaliby sprawić, by ów model funkcjonował tak jak oryginał?

Słynny fizyk Richard Feynman krótko przed śmiercią napisał na tablicy: „Czego nie potrafię stworzyć, tego nie rozumiem”25. To szczere, pokorne wyznanie dobrze pasuje do ludzkich badań nad DNA. Naukowcy ani nie potrafią stworzyć tej cząsteczki wraz z jej aparatem replikacyjnym i transkrypcyjnym, ani też nie rozumieją w pełni, jak ona funkcjonuje. Mimo to wielu z nich twierdzi, że wszystko to na pewno powstało w wyniku przypadkowych, niekierowanych przez nikogo zdarzeń. Czy przedstawione wyżej fakty rzeczywiście pozwalają wyciągnąć taki wniosek?

Zdaniem niektórych uczonych dowody wskazują na coś innego. Na przykład Francis Crick — współodkrywca struktury podwójnej helisy DNA — doszedł do wniosku, że cząsteczka ta jest zbyt skomplikowana, by mogła powstać samoistnie. Był zwolennikiem teorii, według której jakaś wysoko rozwinięta cywilizacja pozaziemska przysłała DNA na naszą planetę, dzięki czemu mogło rozwinąć się na niej życie26.

Stosunkowo niedawno znany filozof Antony Flew, który przez 50 lat żarliwie propagował ateizm, dokonał radykalnej zmiany poglądów. W wieku 81 lat zaczął wierzyć, że w stworzeniu życia musiała brać udział jakaś inteligentna istota. Dlaczego zmienił zdanie? Skłoniły go do tego odkrycia dotyczące DNA. Gdy mu zasugerowano, że jego nowe poglądy zapewne nie spotkają się wśród uczonych z entuzjastycznym przyjęciem, podobno odpowiedział: „Trudno. Całe swe życie kierowałem się zasadą (...): ‛Podążaj za faktami, gdziekolwiek cię prowadzą’”27.

Co o tym sądzisz? Dokąd zatem prowadzą fakty? Wyobraź sobie fabrykę, a w niej pomieszczenie z komputerem. Działa na nim skomplikowany program, który kieruje wszystkimi pracami w fabryce. Nieustannie wysyła też instrukcje umożliwiające budowę i konserwację każdej wykorzystywanej tam maszyny, wykonuje kopie samego siebie i sprawdza ich poprawność. Do jakich wniosków byś doszedł? Czy uznałbyś, że komputer i zainstalowany na nim program powstały samoistnie, czy raczej dostrzegłbyś w nich dzieło bardzo inteligentnych umysłów? Odpowiedź jest chyba oczywista.

^ ak. 12 W podręczniku Podstawy biologii komórki (wydanie II) posłużono się inną skalą. Jak podano, upakowanie tych długich „lin” w jądrze komórki odpowiada umieszczeniu 40-kilometrowej bardzo cienkiej nitki w piłeczce tenisowej — i to w tak uporządkowany sposób, żeby do każdego fragmentu tej nici można było z łatwością dotrzeć.

^ ak. 18 W naszych komórkach zwykle znajdują się po dwa genomy, w sumie 46 chromosomów.