Sannolikhet

av Lars Johan Erkell

Ett vanligt argument mot evolutionsteorin är att det skulle vara fullständigt osannolikt att livet skulle kunna uppkomma spontant. Argumentet är egendomligt; vi vet inte hur livet uppstod, och det är omöjligt att räkna ut sannolikheten för en process man inte vet något om. Detta skrämmer dock inte Anders Gärdeborn, som ger oss ett räkneexempel vi ska se närmare på. Han menar också att det är helt osannolikt att komplexa strukturer skulle kunna evolveras, men när han vill visa detta med ett räkneexempel räknar han i stället på sannolikheten för att strukturer skulle uppstå spontant – han tappar helt enkelt bort evolutionen.

Tanken att livet skulle uppkommit och utvecklats helt enligt de vanliga naturlagar vi känner, är onekligen en djärv tanke. Vi vet faktiskt ingenting om hur det gick till när livet uppkom; det vi kan göra är att försöka ställa upp rimliga scenarion för hur det skulle gått till, och sedan försöka testa dem så gott det går. Kanske kommer vi en dag att kunna visa hur det sannolikt skett – men hur det verkligen gick till kommer vi aldrig att få veta. Spåren är borta för alltid.

Men hur rimligt är det att tänka sig att de första biomolekylerna och livsformerna uppkommit spontant? Helt orimligt, hävdar Anders Gärdeborn, så komplexa molekyler som proteiner kan inte uppstå spontant. Till att börja med kan visserligen aminosyror uppstå spontant, men då som en blandning av vänster- och högerformer; problemet är att proteiner bara innehåller vänsterformerna. När aminosyror spontant polymeriserar till proteiner borde dessa innehålla en blandning av båda formerna. På sidan 53 citerar Gärdeborn en beräkning av sannolikheten för att ett protein med bara den ena formen skulle uppstå:

”Ett typiskt protein har 410 aminosyror och chansen för att alla dessa är av endast en variant är en på 10123, dvs en etta med 123 nollor efter! Denna sannolikhet är så liten att den aldrig inträffar.  [...]  Ställer vi dessutom kravet att proteinet skall vara funktionellt, dvs att kombinationen av de 20 olika sorternas aminosyror måste vara den rätta, blir sannolikheten för dess spontana formande oerhört mycket mindre än den redan ’omöjligt’ lilla sannolikheten.”

Visst är det en absurt liten sannolikhet för att ett protein som består av en kedja med en bestämd sekvens av 410 aminosyror skulle uppkomma spontant. Men hur relevant är beräkningen? De proteiner som i första hand är intressanta i sammanhanget är enzymer, alltså molekyler som katalyserar (underlättar) kemiska reaktioner. Låt oss se på sannolikheten för att ett enzym skulle kunna uppkomma spontant.

För det första behöver ett enzym inte alls vara så stort som 410 aminosyror; exempelvis klarar sig 4-oxalocrotonat-tautomeras med 62 aminosyror. Emellertid kan enkla men fungerande enzym troligen vara betydligt mindre – man har till och med visat att en enda aminosyra kan ha katalytisk funktion, och då också kan skilja på vänster- och högerformer av molekyler, något som är typiskt för enzym [1].

För det andra finns det ett stort antal kända varianter av olika enzym, och man har funnit att aminosyresammansättningen kan variera betydligt med bibehållen enzymatisk funktion. Vi ska alltså inte beräkna sannolikheten för att en bestämd kombination av aminosyror ska uppkomma, utan för att någon av ett större antal kombinationer ska uppstå.

För det tredje är det inte sagt att det behövs 20 olika aminosyror för att åstadkomma de inre strukturer som bygger upp proteinmolekylerna; det kan räcka med ett halvdussin olika aminosyror för att åstadkomma de väsentligaste strukturerna.

Vad gäller problemet med de höger- och vänsterhänta aminosyrorna har man beskrivit ett antal olika processer som resulterar i att den ena formen kommer att dominera över den andra. Detta behöver alltså inte vara ett problem [2].

Gärdeborn utgår uppenbarligen från att de första enzymmolekylerna måste varit lika avancerade som dagens enzymer. Det kan man inte göra. Det är som att säga att man nödvändigtvis måste ha en motorsåg för att fälla ett träd – men en stenyxa fungerar också. Om man i stället räknar efter mer realistiska utgångspunkter, kommer man fram till att det inte alls är uteslutet att ett primitivt enzym skulle kunna bildas spontant [3].

***

Anders Gärdeborn ger ytterligare ett räkneexempel som ska demonstrera evolutionens omöjlighet, och det är en klassiker: apan som helt på slump ska skriva Shakespeares samlade verk på skrivmaskin. Vi läser på sidan 127:

”Jag använder inte en, utan en miljard, apor. De skriver snabbt, en miljard nedslag per sekund. De behöver inte skriva hela Shakespeares verk utan bara en enda fras: ’Att vara eller inte vara.’ Då svenska alfabetet innehåller 31 tecken (inklusive mellanslag och punkt) och meningen innehåller 25 tecken, så tar det i genomsnitt 6 · 1011 år för aporna att skriva meningen. Om universum har existerat i 13 miljarder år, får aporna alltså hålla på längre än universums livslängd.”

Det är lite oklart vad Gärdeborn vill efterlikna med Shakespearecitatet, men avsnittet handlar om att ”information” inte kan uppkomma av sig själv. Som vi såg i förra inlägget definierar han aldrig denna information, men i det här fallet menar han troligen en gensekvens som kodar för ett funktionellt protein. Den uträkning han redovisar i fotnot 102 grundar sig emellertid på antagandet att hela citatet (gensekvensen) slumpartat skulle uppkomma på en enda gång, fix och färdig. Detta är inte evolution. Enligt evolutionsteorin skulle citatet (gensekvensen) i stället uppstå stegvis genom upprepade cykler av variation och selektion.

Richard Dawkins har illustrerat den här poängen med ett annat Shakespearecitat, METHINKS IT IS LIKE A WEASEL. I stället för en miljard apor använder Dawkins en dator, och han räknar ut att den skulle behöva ungefär 1040 försök (en etta följd av 40 nollor) för att hitta rätt sekvens av ren slump. Detta är ett obegripligt stort tal. För att nu illustrera hur evolutionen skulle arbeta, ger Dawkins datorn en slumpartad sekvens av 28 bokstäver. Programmet kommer då att generera ett antal slumpartade varianter av sekvensen, för att sedan välja ut den som mest liknar citatet. Denna variant kommer sedan att få generera ytterligare varianter, vilka sedan jämförs med citatet, och cykeln upprepas. Med den här evolutionsliknande processen kommer datorn att hitta rätt efter mindre än 100 försök [4]. Skillnaden är, som man ser, astronomisk. Hade Gärdeborns apor arbetat på det här sättet hade de varit färdiga på mindre än en sekund.

Även om Dawkins program är en mycket förenklad modell av evolutionsprocessen innehåller den de två viktigaste elementen: variation och selektion. Vi får tänka oss att den första, slumpartade, sekvensen motsvarar en struktur – kanske ett primitivt enzym – som visserligen är funktionell men som kunde förbättras åtskilligt. Shakespearecitatet får symbolisera en väldigt mycket bättre struktur, så att varje förändring som gör att sekvensen kommer att likna citatet gör att strukturen kommer att fungera allt bättre. Resultatet blir att sekvensen mer och mer kommer att likna Shakespearecitatet. En viktig skillnad mot evolutionsprocessen är att programmet stannar när det hittar rätt sekvens; evolutionen har däremot inget fast mål, och den upphör aldrig. Dawkins är mycket noga med att påpeka detta, och han talar om kumulativ selektion i stället för om evolution.

***

Exemplet med Shakespearecitatet visar på ett tankefel som Gärdeborn och andra ID-förespråkare gång på gång gör sig skyldiga till: i sina kalkyler utgår man utan motivering från att alla förändringar måste ske på en gång. Som vi sett fungerar evolutionen inte så här; den sker steg för steg.

Vidare är det populationer som evolverar, inte individer. Det betyder att olika egenskaper kan evolveras hos olika individer, och sedan kan dessa egenskaper kombineras i populationen. Nyligen publicerades en matematisk modell som beskriver hur snabbt nya genvarianter kan etableras i en population. Man jämförde den tid det skulle ta för ett antal genvarianter att bytas ut på en enda gång mot den tid det skulle ta för en process som sker stegvis och som sker i hela populationen. Det visar sig då att evolutionen går ofantligt mycket snabbare än om man räknar på att allt måste ske på en gång [5].

Det är gåtfullt att Gärdeborn och andra kreationister på det här sättet helt bortser ifrån evolutionen när man kritiserar evolutionsteorin – kritiken blir ju helt irrelevant. Förstår man inte skillnaden mellan slump och evolution? Eller vill man av retoriska skäl likställa slump med evolution eftersom det är så tydligt att slumpen omöjligen kan generera riktigt komplexa strukturer? Jag blir inte klok på det här.
 
Noter

[1] Aminosyran prolin kan fungera som katalysator:

Movassaghi, M., Jacobsen, E.N. (2002): The Simplest “Enzyme”. Science 298, 1904

Man har också visat att aminosyrorna alanin och isovalin är katalytiska:

Pizzarello, S., Weber, A. L., (2004). Prebiotic Amino Acids as Asymmetric Catalysts. Science 303, 1151.

[2] För en färsk översikt över detta forskningsfält, se:

Blackmond, D.G. (2010): The Origin of Biological Homochirality. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2:5, a002147.

[3] Dryden, D.T.F, et al. (2008): How much of protein sequence space has been explored by life on earth? J. R. Soc. Interface, 5, 953–956

[4] Richard Dawkins redogör för sitt program i boken The Blind Watchmaker från 1996 (s. 66–72). Det finns också en Wikipediasida på temat.

[5] Wilf, H.S., Ewens, W.J. (2010): There´s plenty of time for evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 22454–22456.

Läs- och länktips

En lättläst diskussion av fällorna med sannolikhetsberäkningar kring livets uppkomst är:

Musgrave, I.: Lies, Damned Lies, Statistics, and Probability of Abiogenesis Calculations. TalkOrigins

För den som själv vill prova Dawkins program finns det flera varianter av det på nätet, t.ex. Weasel Information och Weasel Programs in Python.

[Ursprungligen publicerad på http://biologg.wordpress.com.]