Den genetiske kode og universel fælles afstamning

Tesen om universel fælles afstamning spiller en central rolle i konventionel evolutionsbiologi. Ifølge denne tese har der engang eksisteret en enkelt fælles stamform, fra hvilken alle nulevende organismer nedstammer (Sober & Steel, 2002). Tesen hævder således ikke blot, at afgrænsede grupper er beslægtede med hinanden (f.eks. at alle pattedyr er beslægtede med hinanden), men at alle eksisterende livsformer – bananfluer, egetræer, gærceller, bakterier, arkæer og så videre – nedstammer fra en sidste fælles stamform.

Alle organismer har med få undtagelser den samme genetiske kode. Det hævdes ofte, at dette kun kan forklares gennem universel fælles afstamning. Hvis nogle livsformer var designet uafhængigt af hinanden, lyder argumentet, ville de have forskellige genetiske koder.

Som jeg vil vise i denne artikel, er dette ikke tilfældet. Tværtimod er der gode designgrunde til at genbruge den genetiske kode, og universel fælles afstamning er således ikke nødvendig for at forklare, hvorfor de fleste arter har den samme kode.

Den genetiske kode

I populærvidenkabelige tekster bruges begrebet “genetisk kode” nogle gange synonymt med en organismes genom, dvs. alle organismens gener (se f.eks. TV2, 2016 og Videnskab.dk, 2009). Dette er imidlertid ikke i overensstemmelse med den måde, biologer benytter begrebet.

Ligesom morsekoden beskriver relationen mellem bogstaver og kombinationer af prikker og streger, beskriver den genetiske kode relationen mellem kombinationen af nukleotider i DNA-molekylet og aminosyrer i proteiner. F.eks. koder nukleotidkombinationerne GUU, GUC, GUA og GUG for aminosyren valin, mens UAA, UAG og UGA alle koder for “stop” og dermed stopper kæden af aminosyrer (figur 1).

Koden er næsten universel, men der findes varianter (Fox, 1987). F.eks. er der mindst fire arter af ciliater, hvor UAA og UAG koder for aminosyren glutamin i stedet for “stop”. Og i bakterien Mycoplasma capricolum koder UGA for aminosyren tryptofan i stedet for “stop”.

Kan designeren ikke genbruge designs?

Nogle evolutionsbiologer mener tilsyneladende, at en designer burde have designet hver organisme, så var fuldstændig forskellig fra alle andre organismer. Douglas Futuyma skriver således:

“Den eneste mulige grund til disse kemiske universaliteter er, at levende ting holdt fast i de første systemer, der fungerede for dem. Da først den genetiske kode var etableret, var ingen art nogensinde fri til at prøve en ny. En mutation, der fik nukleotidsekvensen UUU til at kode for glycin i stedet for fenylalanin, ville have ødelagt alle artens proteiner. … Hvor en Skaber ville have været fri til at bruge forskellige biokemiske byggekloder til forskellige arter, var evolutionen ikke fri: den tidligste organismes historie fastlagde alt, der skete derefter.” (Futuyma, 1995, s. 205-6)

Evolutionsbiologen Mark Ridley mener ligeledes, at “hvis forskellige arter var blevet skabt separat, burde vi være meget overraskede, hvis de alle sammen var blevet bygget med præcist den samme genetiske kode” (Ridley, 1985, s. 10).

Genetikeren Theodosius Dobzhansky mener ligefrem, at der er noget fordækt ved en designer, der genbruger sine designs:

“Hvad betyder disse biokemiske eller biologiske universaliteter? De tyder på, at livet kun én gang opstod fra livløst materiale, og at alle organismer, uanset hvor forskellige de ellers er, bevarer de grundlæggende træk fra ur-stadierne. (Det er også muligt at livet opstod flere, eller endda mange, gange; i så fald er det kun afkommet fra en af disse, der har overlevet og arvet Jorden.) Men hvad hvis der ikke var nogen evolution, og hver af disse millioner af arter var skabt uafhængigt af hinanden? Uanset hvor krænkende opfattelsen må være for religiøse følelser og for fornuften, må antievolutionister endnu en gang beskylde Skaberen for at snyde. De må insistere på, at Han bevidst arrangerede tingene præcis som om han havde brugt evolution til at skabe, bevidst for at vildlede oprigtige sandhedssøgende.” (Dobzhansky, 1973, s. 127; min fremhævelse)

Men hvorfor skulle en designer ikke kunne genbruge sine designs? Jeg er fri til at følge en ny rute til arbejde hver dag, men vælger alligevel at følge den samme – måske fordi denne bedst tilfredsstiller mine ønsker om en både hurtig og malerisk rute. Og når de fleste computertastaturer har den samme QWERTY-opbygning som gammeldags skrivemaskiner, har det andre årsager, end at producenterne ønsker at vildlede forbrugerne til at tro, at computere og skrivemaskiner nedstammer fra en fælles forfader.

Designgrunde til at genbruge den genetiske kode

Lad os antage, at de første levende organismer på Jorden bestod af en heterogen population af designede celler (Gene, 2007), der således ikke nedstammede fra en fælles stamform. Hvilket formål kunne det tjene at udstyre alle celletyperne med den samme genetiske kode, i stedet for at designe en ny genetisk kode for hver celletype?

En åbenlys grund er, at ved at give alle celletyperne den samme genetiske kode blev det muligt for genetisk materiale at bevæge sig mellem dem; et fænomen, der kaldes horisontal genoverførsel (på engelsk horizontal gene transfer, eller HGT). Et eksempel på HGT er, når bakterier udveksler gener placeret på plasmider med hinanden. Et andet eksempel er, når gener overføres fra én celle til en anden via en virus.

Siden fænomenet første gang blev beskrevet i 1951, er HGT blevet set som spillende en stadig mere central rolle i mikroorganismers evolution (Koonin, 2011). Gennem HGT har en bakterie ikke blot adgang til de gener, der eksisterer i dens eget genom, eller i genomer hos nærtbeslægtede bakterier, men til et potentielt uendeligt reservoir af gener (Baumdicker et al., 2012; Collins & Higgs, 2012). En betragtelig andel (op til 14 pct.) af de fleste bakterielle genomer består af horisonalt overførte gener (Nakamura et al., 2004). Fænomenet er således blevet omtalt som “den vigtigste kraft, der påvirker evolutionære ændringer i prokaryoter” (McInerny et al., 2020, s. 152)

HGT lader os forstå, hvorfor en designer ville have en interesse i at give alle celletyper den samme genetiske kode. Hvis de oprindeligt designede celler brugte forskellige genetiske koder, ville HGT være så godt som ubrugeligt. Et gen fra én celle ville blive ‘oversat’ helt anderledes i en anden celle; et gen, der blev overført til en celle med en anden genetisk kode ville i bedste fald være nytteløs og i værste fald skadelig.

Kun et enkelt spørgsmål udestår: Hvis alle de oprindeligt designede celletyper var udstyret med den samme genetiske kode, hvorfor eksisterer der i dag så varianter over koden, f.eks. i ciliater og bakterien M. capricolum? Et oplagt svar er, at disse varianter er opstået efterfølgende, som følge af evolutionære modifikationer af den oprindelige kode. Det er i den forbindelse værd at bemærke, at fylogenetiske analyser viser, at alle varianterne er afledt fra den oprindelige kode, ikke omvendt (Knight et al., 2001).

Konklusion

Det er blevet hævdet, at hvis forskellige organismer var designet uafhængigt af hinanden, ville en designer have givet dem forskellige genetiske koder, og at den næsten-universelle udbredelse af den genetiske kode derfor kun kan forklares gennem universel fælles afstamning.

Jeg har i denne artikel vist, at der er gode designgrunde til at genbruge den genetiske kode, idet genbrug af koden muliggør horisontal genoverførsel, der markant øger mikroorganismers tilpasningsevner.

Det kan således ikke udelukkes, at det første liv bestod af mindst to ubeslægtede celletyper, der i dag er repræsenteret af henholdsvis arkæer og bakterier (Krauze, 2020).

Referencer

Baumdicker F., Hess W.R., Pfaffelhuber P., 2012, “The infinitely many genes model for the distributed genome of bacteria”, Genome Biology and Evolution 4(4):443-56. https://doi.org/10.1093/gbe/evs016

Collins R.E. & Higgs P.G., 2012, “Testing the infinitely many genes model for the evolution of the bacterial core genome and pangenome”, Molecular Biology and Evolution 29(11):3413–25. https://doi.org/10.1093/molbev/mss163

Dobzhansky T., 1973, “Nothing in Biology Makes Sense except in the Light of Evolution”, The American Biology Teacher 35(3):125-9. https://doi.org/10.2307/4444260

Fox T.D., 1987, “Natural Variation in the Genetic Code”, Annual Review of Genetics 21(1):67-91. https://doi.org/10.1146/annurev.ge.21.120187.000435

Gene M., 2007, The Design Matrix: A Consilience of Clues, Arbor Vitae Press.

Knight R.D., Freeland S.J., & Landweber L.F., 2001, “Rewiring the Keyboard: Evolvability of the Genetic Code”, Nature Reviews Genetics 2(1):49-58. https://doi.org/10.1038/35047500

Koonin E.V., 2011, The Logic of Chance: The Nature and Origin of Biological Evolution, FT Press.

Krauze M., 2020, “Fælles design og hexameriske helicaser”, Intelligent Design DK. https://intelligentdesign.dk/2020/04/04/faelles-design-og-hexameriske-helicaser/

McInerny J.O. et al., 2020, “Pangenomes and Selection: The Public Goods Hypothesis”, i Tettelin H. & Medini D. (red.), The Pangenome: Diversity, Dynamics and Evolution of Genomes, Springer.

Nakamura Y., Itoh T., Matsuda H. et al., 2004, “Biased biological functions of horizontally transferred genes in prokaryotic genomes”, Nature Genetics 36:760-6. https://doi.org/10.1038/ng1381

Ridley M., 1985, The Problems of Evolution, Oxford University Press.

Sober E. & Steel M., 2002, “Testing the Hypothesis of Common Ancestry”, Journal of Theoretical Biology 218(4):395-408. https://doi.org/10.1006/jtbi.2002.3086

TV2, 2016, “Nyt studie: Giraffen er ikke bare er en giraf”, TV2.dk. https://nyheder.tv2.dk/udland/2016-09-08-nyt-studie-giraffen-er-ikke-bare-er-en-giraf

Videnskab.dk, 2009, “Ny type hiv-virus opdaget”, Videnskab.dk. https://videnskab.dk/krop-sundhed/ny-type-hiv-virus-opdaget