Hvad irreducibel kompleksitet kan – og ikke kan – bruges til

Da Charles Darwin i 1859 offentliggjorde Arternes Oprindelse, var cellen en sort boks. De første levende celler var blevet observeret i et mikroskop af den hollandske videnskabsmand Anton van Leeuwenhoek i 1674, men datidens forskere så celler som værende ganske simple. I 1905 beskrev den tyske biolog Ernst Haeckel en encellet organisme som en “homogen og ustruktureret klump af protoplasme” (Haeckel 1905, s. 135).

Efterfølgende er vores forståelse af cellens kompleksitet blevet udvidet, ikke mindst takket være opfindelsen af elektronmikroskopet, og cellen bliver i dag set som fyldt af nanoteknologiske, proteinbaserede maskiner. Som den daværende formand for National Academy of Sciences Bruce Alberts har beskrevet det i en artikel med titlen “Cellen som en samling af protein-maskiner”:

“Vi har altid undervurderet celler. Uden tvivl gør vi det stadig. Men i det mindste er vi ikke længere så naive som vi var, da jeg var kandidatstuderende i 1960’erne. … Men det viser sig, at vi kan gå og vi kan tale fordi kemien, der gør livet muligt, er meget mere indviklet og sofistikeret end noget, vi studerende nogensinde havde overvejet. … Faktisk kan hele cellen ses som en fabrik, der indeholder et indviklet netværk af tæt sammenknyttede samlebånd, der hver består af grupper af store proteinmaskiner.” (Alberts 1998, s. 291)

Irreducibel kompleksitet forklaret

Michael Behe er biokemiker ved Lehigh University. I 1996 udgav han bogen Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution, der argumenterede for, at en række strukturer i cellen skyldtes intelligent design (Behe 1996).

Behe citerede Darwin, der i Arternes Oprindelse skrev: “Dersom man kan fremvise et eksempel på et komplekst organ, som umuligt kan være blevet dannet ved talrige på hinanden følgende små ændringer, ville min teori helt og aldeles styrte sammen.” (Darwin 1859, s. 219)

Behe mener, at et irreducibelt komplekst system opfylder Darwins kriterium. Behe definerer et irreducibelt komplekst system som “et system sammensat af adskillige samvirkende og til hinanden tilpassede dele, der bidrager til den grundlæggende funktion, og hvor fjernelsen af en hvilken som helst af disse dele vil få systemet til at ophøre med at fungere.” (Behe 1996, s. 39)

Behe bruger en musefælde til at illustrere denne definition: En musefælde består som regel af en træplade, en fjeder, en hammer, en stopper (der holder hammeren tilbage), en udløser og en mængde stifter, der holder det hele sammen. Hvis en af disse dele mangler, fungerer musefælden ikke længere.

Et irreducibelt komplekst system, argumenterer Behe, “kan ikke produceres direkte (det vil sige, ved løbende at forbedre den oprindelige funktion, som fortsætter med at virke gennem den samme mekanisme) ved små på hinanden følgende ændringer af et forløber-system” (Behe 1996, s. 39).

I Darwin’s Black Box beskriver Behe en række strukturer i cellen, der er irreducibelt komplekse. Bl.a. den bakterielle flagel, der er en roterende motor, som nogle bakterier bruger til at bevæge sig gennem vandet med.

Mange kritikere fremstiller Behes argument som en principiel udelukkelse af ethvert evolutionært scenario, hvor irreducibelt komplekse strukturers udvikling påstås at være en logisk umulighed. En sådan tolkning gør Behes argument lettere at afvise, idet selv de mest vage forestillinger om, hvordan en irreducibel kompleks struktur muligvis, måske, kan tænkes at have udviklet sig, kan bruges som modargument.

Behes argument er imidlertid sandsynlighedsbaseret, ikke principielt. Som han forklarer i Darwin’s Black Box:

“Selv hvis et system er irreducibelt komplekst (og derfor ikke har kunnet blive dannet direkte), kan man dog ikke udelukkede muligheden af en indirekte, snørklet rute. Men efterhånden som kompleksiteten af et interagerende system stiger, falder sandsynligheden af en sådan indirekte rute hastigt. Og efterhånden som antallet af uforklarede irreducibelt komplekse biologiske systemer stiger, øges vores mistanke om, at Darwins kriterium for, at hans teori havde fejlet, hastigt mod det maksimale, som videnskaben tillader.” (Behe 1996, s. 40)

Irreducibel kompleksitet afgrænset

Som slibestenen skærper en kniv, styrkes et argument af god kritik. I 2000 skrev forskerne Richard Thornhill og David Ussery en respons til Behe i fagtidsskriftet Journal of Theoretical Biology (Thornhill & Ussery 2000). Denne respons har styrket Behes argument ved yderligere at afgrænse dets styrker og svagheder. Thornhill og Ussery inddeler evolutionære ruter i fire overordnede kategorier og vurderer for hver kategori, om den pågældende slags rute kan resultere i irreducibel kompleksitet:

1. Fortløbende direkte darwinistisk evolution
2. Parallel direkte darwinistisk evolution
3. Fjernelse af funktionel redundans
4. Tilpasning fra en anden funktion

1. Fortløbende direkte darwinistisk evolution
Thornhill og Ussery kalder dette for “ændring ad en enkelt akse” og giver som eksempel giraffens hals, der gradvist bliver længere. Som forfatterne bemærker: “Selvom dette kan generere komplicerede strukturer, kan det ikke generere irreducibelt komplekse strukturer.” (Thornhill & Ussery 2000, s. 112)

2. Parallel direkte darwinistisk evolution
Dette betyder, at de forskellige komponenter i en struktur løbende tilpasses hinanden, i takt med at nye komponenter tilføjes. Et eksempel på dette er udviklingen af hvirveldyrs-øjet, hvor nethinden må have tilpasset sig i takt med pupillen. Som forfatterne bemærker: “Parallel direkte darwinistisk evolution kan generere irreducibelt komplekse strukturer, men ikke irreducibelt komplekse strukturer bestående af funktionelt udelelige komponenter, og dette er den korrekte konklusion at drage fra Behes tese.” (Thornhill & Ussery 2000, s. 112)

3. Fjernelse af funktionel redundans
Thornhill og Ussery illustrerer dette med, hvordan en hvælving bestående af flere sten ikke kan bygges direkte uden at falde sammen. Men hvis den bygges over et stillads, der efterfølgende fjernes, vil stenene forhindre hinanden i at falde ned. Den resulterende struktur er ifølge forfatterne irreducibel kompleks, og blev konstrueret ved fjernelse af funktionel redundans.

4. Tilpasning fra en anden funktion
Med dette menes, at et system, der over tid er blevet tilpasset til at udføre én funktion, indgår i et irreducibelt komplekst system, hvor det udfører en anden funktion. Biologen Kenneth Miller har illustreret dette med, at stopperen i en musefælde også kan bruges som en tandstik (Miller 2002).

Behe bekræftet

Omend Thornhill og Usserys artikel er skrevet som en kritik af Behe, ender den således med at bekræfte halvdelen af hans argument: Irreducibel kompleksitet kan ikke produceres gennem en direkte udvikling, men må produceres gennem en indirekte udvikling (reduktion eller tilpasning fra en anden funktion).

Men hvad med den anden del af Behes påstand, at en indirekte udvikling er for usandsynlig til at fungere som en generel forklaring på irreducibelt kompleksitet? Lad os kigge nærmere på de to evolutionære ruter, ad hvilke irreduciblet komplekse systemer i princippet kan udvikle sig:

Fjernelse af funktionel redundans
Denne rute består af to faser: En opbygningsfase, hvor systemet gradvist opbygges (konstruktionen af stilladsen og hvælvingen, for at blive i Thornhil og Usserys eksempel), og en reduktionsfase, hvor de redundante dele (stilladset) fjernes.

Reduktionsfasen er ganske ukontroversiel; arter kan lige så vel tilpasses nye miljøer ved at blive simplere som ved at blive mere komplekse, og tab af gener lader til at have spillet en stor rolle i livets udvikling (Olsen 1999, Wolf & Koonin 2013, Albalat & Cañestro 2016, Guijarro-Clarke et al. 2020).

Opbygningsfasen er mere problematisk. Antag, at vi ønsker at forklare et irreducibelt komplekst system med funktionen F, bestående af tre dele. Vi kan starte med et system, der kun består af en enkelt del, A, der udfører funktion F (hvis dette første system udfører en anden funktion, er der tale om en rute af typen “tilpasning fra en anden funktion”, som vil blive diskuteret i den næste sektion). Dernæst tilføjes del B, der ikke i sig selv er i stand til at udføre funktion F, men som hjælper del A med at udføre den. Derefter tilføjes del C, der heller ikke alene kan udføre funktionen, men som hjælper A og B med at udføre den. Dernæst tilføjes del D, der godt kan udføre funktion F, men kun hvis B og C hjælper til. Og til sidst elimineres del A, hvormed vi står med et irreducibelt komplekst system bestående af B, C og D.

Dette scenario afhænger af en vigtig antagelse: At funktion F kan varetages af en enkelt del.

I bogen The Design Matrix: A Consilience of Clues oplister Mike Gene (2007) en række irreducibelt komplekse molekylære maskiner, alle med en veldefineret funktion: Ribosomet, den bakterielle flagel, F-ATP-syntasen og replisomet. I ingen af disse tilfælde har vi grund til at tro, at deres funktion kan udføres af en enkelt del. “Disse maskiners funktioner kan lige så lidt udføres af et enkelt genprodukt, som en forbrændingsmotor kan fungere, hvis den kun består af en enkelt del,” som han skriver (Gene 2007, s. 220-1).

Det kan ikke udelukkes, at der findes irreducibelt komplekse systemer, hvis oprindelse kan forklares gennem opbygning og efterfølgende fjernelse af funktionel redundans. Men nogen generel forklaring på oprindelsen af irreducibel kompleksitet er der ikke tale om.

Tilpasning fra en anden funktion
Ifølge Thornhill og Ussery er der to måder, hvorpå et irreducibelt komplekst system kan opstå gennem tilpasning fra en anden funktion:

• To systemer, der udfører hver deres funktion, og ikke er irreducibelt komplekse, bliver føjet sammen og udfører nu en tredje funktion
• To systemer, der udfører hver deres funktion, og er irreducibelt komplekse, bliver føjet sammen og udfører nu en tredje funktion

Den sidste mulighed involverer to systemer, der allerede er irreducibelt komplekse, og kan derfor ikke bruges som en generel forklaring på oprindelsen af irreducibel kompleksitet.

Den første mulighed kan i princippet godt forklare oprindelsen af irreducibel kompleksitet. Men hvor ofte sker det, at et system, der igennem generationerne er blevet tilpasset til at udføre én funktion, lige pludselig har en udformning, der gør den velegnet til i stedet at udføre en helt anden funktion? Som evolutionsbiologen Allan Orr, der ellers er stærkt kritisk over for Behes argument, bemærker:

“… vi kan muligvis tænke os, at nogle af delene i et irreducibelt komplekst system udviklede sig skridt for skridt med et andet formål for øje og så i stor stil blev rekrutteret til at udføre en ny funktion. Men dette er også usandsynligt. Man kan lige så vel håbe at halvdelen af ens bils gearkasse pludselig vil hjælpe til med airbaggen. Sådanne ting kan muligvis finde sted meget, meget sjældent, men de udgør bestemt ikke en generel løsning til irreducibel kompleksitet.” (Orr 1996)

Hverken sølvkugle eller løst skud

Irreducibel kompleksitet er ikke en sølvkugle, der som i eventyret kan besejre monsteret med et enkelt skud. Så længe man holder sig på det abstrakte plan og taler om systemer bestående af “del A, B og C”, kan hypotetiske scenarier for udviklingen af irreducibelt komplekse systemer beskrives. Og nogle af de irreducibelt komplekse systemer, vi observerer, har måske vitterligt udviklet sig gennem en indirekte rute.

Men irreducibel kompleksitet er heller ikke noget løst skud, som ID-kritikere hævder. Som Thornhill og Ussery har bekræftet, kan et irreducibelt komplekst system ikke udvikles gennem en direkte rute. Den proces, der gav giraffens dens lange hals, kan ikke bruges til at forklare oprindelsen af irreducibelt komplekse systemer. Og processer baseret på alternativet, indirekte evolution, har deres egne problemer.

Irreducibel kompleksitet er således et redskab, der hjælper os med at fokusere på de biologiske systemer, der er sværest for en evolutionær proces at producere, og som er kandidater til at være designede. Dette gør irreducibel kompleksitet til et vigtigt begreb, som Behe fortjener anerkendelse for at have formuleret.

Hvorvidt et konkret irreducibelt komplekst system er opstået gennem en evolutionær proces er ikke et spørgsmål, der kan besvares gennem principielle argumenter. Det må besvares gennem undersøgelser af det konkrete system og vurderinger af eventuelle evolutionære scenarier for dets udvikling. Dette er en pointe, både ID-tilhængere og -modstandere bør indprente sig.

Referencer

• Albalat R. & Cañestro C., 2016, “Evolution by Gene Loss”, Nature Reviews Genetics 17:379-91. https://doi.org/10.1038/nrg.2016.39
• Alberts B., 1998, “The Cell as a Collection of Protein Machines: Preparing the Next Generation of Molecular Biologists”, Cell 92(3):291-4. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(00)80922-8
• Behe M.J., 1996, Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution, Simon & Schuster.
• Darwin C., 1859, The Origin of Species, republication of the first edition, Gramercy Books.
• Dawkins R., 1996, Climbing Mount Improbable, W. W. Norton.
• Gene M., 2007, The Design Matrix: A Consilience of Clues, Arbor Vitae Press.
• Guijarro-Clarke C., Holland P.W.H., Paps J., 2020, “Widespread Patterns of Gene Loss in the Evolution of the Animal Kingdom”, Nature Ecology & Evolution 4:519-23. https://doi.org/10.1038/s41559-020-1129-2
• Haeckel E., 1905, Wonders of Life: A Popular Study of Biological Philosophy, Harper.
• Miller K.R., 2002, “The Flaw in the Mousetrap”, Natural History (April), s. 75. https://www.naturalhistorymag.com/htmlsite/darwinanddesign.html
• Olsen M.V., 1999, “When Less Is More: Gene Loss as an Engine of Evolutionary Change”, American Journal of Human Genetics 64(1):18-23. https://dx.doi.org/10.1086/302219
• Orr H.A., 1996, “Darwin v. Intelligent Design (Again): The latest attack on evolution is cleverly argued, biologically informed – and wrong”, Boston Review 22 (6). https://bostonreview.net/archives/BR21.6/orr.html
• Thornhill R.H. & Ussery D.W., 2000, “A Classification of Possible Routes of Darwinian Evolution”, Journal of Theoretical Biology 203(2):111-6. https://doi.org/10.1006/jtbi.2000.1070
• Wolf Y.I. & Koonin E.V., 2013, “Genome Reduction as the Dominant Mode of Evolution”, Bioessays 35(9):829-37. https://doi.org/10.1002/bies.201300037