De molekylære beviser for evolution

Jeg vil gerne over et par indlæg diskutere, hvad man kan kalde molekylære beviser for evolution. Det handler om sammenligningen af sekvenser i gener, proteiner mm., sådan som de forekommer i forskellige arter, hvis evolutionære slægtskab man forsøger at slutte sig til på grundlag af sådanne sammenligninger. Teksten er hovedsageligt baseret på et par kapitler, jeg skrev til bogen Darwin og intelligent design for omkring ti år siden.

I det første århundrede efter Darwins udgivelse af Arternes Oprindelse forsøgte tilhængerne af hans teori at underbygge den på to måder: 1) ved at sammenligne fossiler og deres parallelle anatomiske træk og 2) ved at sammenholde forskellige fostre med hinanden. Fra 1950’erne og fremefter er forskningen i evolutionsteorien blevet revolutioneret, for videnskaben kan nu se detaljer på det molekylære plan i en grad, som tidligere var udelukket. Molekylærbiologiske studier, specielt sammenligninger af molekylære sekvenser hos forskellige organismer, spiller nu en stor rolle i forsøget på at underbygge evolutionsteorien.

Bedre biokemi og mere avanceret udstyr har givet biologerne et nærmere indblik i, hvad cellen består af. En række proteiner, RNA-molekyler og gener er fælles enten for alle eller i det mindste for mange arter, men ikke desto mindre varierer den præcise rækkefølge af aminosyrer i proteiner og nukleotider i RNA og DNA fra art til art. Forskerne går ud fra, at disse forskelle skyldes evolution, og anser derfor nu sammenligninger af disse sekvenser for en metode til at fastslå evolutionære relationer mellem forskellige organismer.

I dag hævder fortalere for evolutionsteorien, sådan som det blev udtrykt i pjecen fra The U.S. National Academy of Sciences (NAS) i 2008:

 [Molekylære analyser] har til fulde bekræftet de overordnede konklusioner, man har udledt fra fossilfundene, arternes geografiske spredning og andre former for observationer.”[i]

Men på trods af sådanne selvsikre officielle udtalelser viser det sig ved nærmere eftersyn, at mange af de molekylære resultater i virkeligheden sætter spørgsmålstegn ved den generelle ide om evolution. I mange tilfælde har de molekylære analyser enten ikke kunnet fastslå relationerne mellem arter eller angivet relationer, der afviger drastisk fra de sammenhænge, som man når frem til gennem anatomiske sammenligninger og fossilstudier. Ikke kun det, men molekylære undersøgelser i forskellige laboratorier giver ofte forskellige resultater, og brede molekylære sammenligninger på tværs af hele den levende verden afslører ingen evolutionære sammenhænge overhovedet.

Ækvidistance

Da det blev muligt at kortlægge aminosyrernes sekvens i hæmoglobin hos forskellige organismer, fandt man, at sekvenserne varierede betragteligt. Det gjorde det muligt at klassificere organismer ud fra deres molekylære forskelle, et system, der blev set som et stærkt klassificeringsredskab, for det gav biologer mulighed for matematisk at kvantificere forskellen imellem arter, hvilket tidligere ikke havde været muligt (hvordan kvantificerer man anatomiske forskelle matematisk?). Nu kunne det hævdes, at hvis en aminosyresekvens på 100 enheder afveg på 20 steder, når to arter blev sammenlignet, var der en 20 procents forskel imellem de to arter.

I grove træk faldt den molekylære klassificering på nogle områder sammen med de traditionelle klassificeringer, som allerede var blevet opstillet ved hjælp af fossiler og sammenlignende anatomi, hvorved organismer inddeles i planter og dyr, der igen inddeles i leddyr, hvirveldyr, fisk, padder, krybdyr, pattedyr, fugle osv. Hvad molekylerne ikke afslørede, var tydelige evolutionære sammenhænge imellem disse klassifikationer. Et eksempel på dette er sammenligninger af proteinet cytokrom c, der forekommer i de fleste organismer.

Ved at sammenligne cytokrom c viser det sig, at den molekylære afstand – og derfor den formodede evolutionære afstand – mellem for eksempel bakterier og næsten enhver anden klasse af liv som insekter, fisk, planter, padder, krybdyr eller pattedyr, er omtrent den samme. En evolutionist ville naturligt forvente, at fisk er tættere på bakterier, end padder er det, og at padder igen ville være tættere på bakterier, end krybdyr er det. Men det viser sig, at alle de forskellige klasser af hvirveldyr er imellem 64 til 69 procent forskellige fra bakterier. Det samme er tilfældet, når vi sammenligner insekter med alle hvirveldyrsordener (fisk, padder, krybdyr, fugle og pattedyr). Alle ordener af hvirveldyr befinder sig i samme afstand fra insekter med en afstand på 25–30 procent. Det samme gælder inden for hvirveldyrenes række. Padder skulle have været evolutionært tættere på fisk, end pattedyr og fugle er det. Men det er ikke tilfældet. Pattedyr, fugle, krybdyr og padder befinder sig alle 13-14 procent fra fisk. Det samme mønster fortsætter ned til niveauerne af slægter og arter, hvor det bliver umuligt igennem molekylære analyser at fastslå, hvilket art er evolutionær mellemform til hvad. Fænomenet med “ækvidistance” er generelt for hele den levende verden.[ii]

Fylogenierne, der udeblev

I det store hele har det ikke været muligt at etablere klare evolutionære forhold eller såkaldte fylogenier imellem organismer ved hjælp af molekylære analyser.[iii] Forskellige undersøgelser når vidt forskellige konklusioner. Hvirveldyr bliver generelt klassificeret som tættere på leddyr (insekter og krebsdyr) end på nematoder (en gruppe af rundorm). Men i 1997 placerede Anne Marie Aguinaldo ud fra molekylære undersøgelser insekter og nematoder i lige stor afstand fra pattedyr.[iv] Biologen Michael Lynch rejste tvivl om dette resultat i 1999, da han gjorde opmærksom på, at forskellige resultater kunne opnås afhængigt af, hvilken metode der blev anvendt, eller tilmed, hvilket laboratorium udførte analysen, når metoden var den samme. Lynch skriver:

“Afklaring af de fylogenetiske forhold imellem de større dyrerækker har vist sig at være et vanskeligt problem, hvor analyser, der er baseret på forskellige gener, eller selv forskellige analyser af samme gener giver en mangfoldighed af forskellige fylogenetiske træer.”[v]

Lynch håbede, at bedre metoder ville gøre det klart, hvordan forskellige dyrerækker fylogenetisk er relateret til hinanden. Men polemikken fortsætter. I 2000 forelagde den franske molekylærbiolog André Adoutte en ny dyrefylogeni, der var baseret på nye rRNA-sammenligninger.⁶ Men i 2002 konkluderede den amerikanske biolog Jaime E. Blair efter at have sammenlignet over 100 proteiner:

“Grupperingen af nematoder med leddyr er et kunstgreb, der opstod igennem analyse af et enkelt gen, 18s rRNA. Resultaterne, der fremlægges her, maner til forsigtighed, når man vil revidere dyrenes fylogeni på basis af analyser af et enkelt eller nogle få gener … Vore resultater viser, at insekter (leddyr) genetisk set er evolutionært tættere på mennesker (hvirveldyr) end på nematoder.”[vi]

I 2004 placerede Yuri I. Wolf hvirveldyr tættere på fluer end på nematoder efter at have undersøgt over 500 proteiner med tre forskellige fylogenetiske metoder.[vii] Året efter konkluderede den franske biolog Hervé Philippe efter at have analyseret 146 gener og 35 arter i tolv dyrerækker, at leddyr er tættere på nematoder end på hvirveldyr, og at de begge er lige langt fra hvirveldyr.[viii] Dette løste ikke konflikten. I en kommentar til Philippes arbejde skrev Martin Jones og Mark Blaxter, to evolutionsbiologer fra universitetet i Edinburgh: “På trods af lærebøgernes fortrøstningsfulde sikkerhed og 150 års debat er de sande relationer imellem de store dyregrupper (rækker) fortsat et omstridt punkt.”[ix] De forudså, at det molekylære livstræ ville ” … sætte nye skud – og nye kontroverser – inden længe.” Kort tid efter i december 2005 anvendte biologen Antonis Rokas og hans kolleger to metoder til at analysere 50 gener fra sytten dyregrupper. De sluttede, at ”forskellige fylogenetiske analyser kan nå til uforenelige konklusioner med absolut sikkerhed,” og at de evolutionære forhold imellem de overordnede rækker ”fortsat er et uløst spørgsmål.”[x]

***

[i] Science, Evolution, and Creationism: A View from the National Academy of Sciences, 3rd edition, 2008, s. 28. Tilgængelig på Internettet på http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=11876.

[ii] Eksemplet med ækvidistance er hentet fra Evolution, A Theory in Crisis af Michael Denton, udgivet af Adler & Adler, 1985, s. 274–307.

[iii] Den følgende diskussion er hentet fra The Design of Life af William Dembski og Jonathan Wells, 2007, s. 126–31.

[iv] Evidence for A Clade of Nematodes, Arthropods, and Embryos: New Perspectives on the Cambrian Explosion, Anna Marie A. Aguinaldo et al., Nature 387 (1997), s. 489–93.

[v] The Age and Relationships of the Major Animal Phyla, Michael Lynch, Evolution 53 (1999), s. 319–25.

[vi] The New Animal Phylogeny: Reliability and Implications, André Adoutte et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 97 (2000), s. 4453–4456.

[vii] The Evolutionary Position of Nematodes, Jaime E. Blair et al., Biomed Central Evolutionary Biology 2 (2002), s. 7.

[viii] Multigene Analysis of Bilaterian Animals Corroborate the Monophyly of Ecdysozoa, Lophotrochozoa, and Protostomia, Hervé Philippe et al., Molecular Biology and Evolution 22 (2005), s. 1246–53.

[ix] Animal Roots and Shoots, Marting Jones and Mark Blaxter, Nature 434 (2005), s. 1076–77.

[x] Animal Evolution and the Molecular Signature of Radiations Compressed in Time, Antonis Rokas et al., Science 310 (2005), s. 1933–38.