onsdag 6. april 2011

Genetisk entropi, del 2. Hva er et genom?

Et genom er den totale sum av all genetisk informasjon i en organisme.  Det menneskelige genom består bl.a. av 46  kromosomer, 20-30.000 gener, og 3.000.000.000 basepar.
Litt overført kan man si at en bok ("genomet") består av cellulose (stoffet, analogt med DNA), men samtidig består den av sider ("kromosomer"), og hver side består av ord (funksjonelle enheter, dvs. "gener"), og hvert ord er skrevet med bokstaver (”baser” A, T, C eller G). Et gen inneholder informasjon om hvordan et bestemt protein, eller deler av et protein i en celle skal bygges opp. Et gen kan være fra noen tusen til mange hundre tusen basepar lange.
Menneskets ”instruksjonshåndbok” består da altså av ca 6 milliarder baser (bokstaver; A,T,C eller G) i en bestemt rekkefølge.
Når denne informasjonen skal kopieres, enten i kroppen i løpet at livet, eller ved reproduksjon (de reproduktive cellene,) skjer det ”feil” (mutasjoner). For eks. ved at en bokstav eller et ord byttes om, slettes, bytter plass, eller kopieres for mange ganger...
Den komplekse naturen til genomet kan bare forstås når vi begynner å fatte hvor mye informasjon det inneholder.


Når vi skal sette sammen en liten rød vogn, kommer det med en liten bok som forteller oss hvordan. Størrelsen på denne boken er villedende. Den inneholder ikke informasjonen for å fabrikkere alle delene, eller for materialene (stål, plast, maling...) En komplett instruksjonshåndbok ville faktisk vært en meget stor bok.
Hvis vi kombinerer alle instruksjonsbøkene til en bil, ville de fyllt et lite bibliotek.
Bøkene for å lage en romferge ville fyllt et enormt bibliotek.
Likevel er kompleksiteten til selv den minste livssformen like stor som romfergen.
Og å gjøre et hopp fra bakterie til menneske, er selvfølgelig et langt større sprang enn å gå fra en liten rød vogn til en romferge.
Det menneskelige genom består av 3 milliarder individuelle bokstaver (baser). Men dens linjære funksjon er ikke nok til å forklare dets kompleksitet.
Den inneholder mangfoldige, overlappende, linjære, data-komprimerende, dynamisk, selvregulerende, multi-dimensjonale (”leses” flere veier) former av genetisk informasjon.
Hver menneskekropp inneholder mer enn 100 trillioner celler, og hver av de har et komplett sett med instruksjoner, og hver har sine beskrevede plikter.
Det menneskelige genom spesifiserer ikke bare våre celler og kropp, men også hvordan hjernen vår fungerer. Dette er utenfor vår fatteevne.
Hvor kom denne informasjonen fra, og hvordan kan den vedlikeholdes? Dette er mysteriet om genomet.
Standardsvaret på dette er at mutasjoner og utvelgelse har skapt all biologisk informasjon. Hovedaksiomet er: Liv er liv fordi tilfeldige mutasjoner (kopieringsfeil) er filtrert gjennom en forplantnings-sil som handler på vegne av hele organismen.
Det er viktig at vi setter aksiomet i en ramme som er ærlig og realistisk.
Vi lager en analogi som karakteriserer aksiomet: Transportteknologi.




I vår lille røde vogn, inneholdt det første genomet instrukser til å lage den første vognen. Denne instruksen ble kopiert av en mekanisk ”sekretær”, for å lage flere vogner. Men denne sekretæren var ikke perfekt, og gjorde feil, så hver nye vogn ble litt anderledes. Hver vogn fikk sin unike instruksjon festet på bunnen. Når de første vognene ble kastet, ble også deres instruksjon kastet. Nye kopier kunne bare kopieres fra forrige generasjons vogner, derfor hopet det seg opp feil etter hvert, og vognene forandret seg og varierte.
Er du bekymret for dette bilde? Du innser uten tvil at dette er en tilbakegående situasjon. Informasjon går tapt. Vognene vil uten tvil synke i kvalitet. Til slutt vil vognene bli ubrukelige.
Det er på tide å introdusere vår ”helt”, naturlig utvelgelse. Naturlig utvelgelse er som en dommer, eller kvalitetskontrollør, som bestemmer hvilke vogner som egner seg for videre kopiering. Naturlig utvelgelse instruerer sekretæren til å ikke kopiere fra dårlie vogner. Men det er viktig å vite at den velger ut fra vognene, ikke intruksjonen!  (Altså det ferdige produktet).
Mutasjoner er komplekse og foregår på gen-nivå, men utvelgelsen ser bare hele organismen. Sekretæren og kvalitetskontrolløren jobber helt uavhengig. Sekretæren er nesten helt blind, er ekstremt nærsynt, og ser bare de enkelte baser (bokstaver). Kvalitetskontrolløren er også nesten blind, og er ekstremt langsynt. Han ser aldri instruksjonsboken, eller de individuelle delene til vognen (organismen), men ser bare den relative tilstanden til hele vognen.
På denne måten kan mange defekte vogner elimineres, og kanskje kan de fleste feil i instruksjonene elimineres. Enda mer spennende; noen ”kopieringsfeil” kan kanskje resultere i bedre vogner, så kontrolløren kan instruere sekretæren til å prioritere å kopiere disse. Evolusjonsprosessen har begynnt!
La oss undersøke om en utvelgelsesprosess kan forbedre den genetiske informasjonen. Kanskje denne sekretæren til og med klarte å kopiere noen ord eller sider dobbelt (duplikasjon), slik at informasjonen ekspanderer. Og kanskje noen av disse duplikasjonene senere muterte og ble til instruksjoner for en helt nye deler til vognen vår. Med litt fantasi kan man forestille seg en variasjon av duplikasjoner som evolverer (via feilkopiering), og spesifiserer noe helt nytt, som en motor, eller vinger, eller et datastyrt navigasjonssystem. Følgelig har vi da et scenario der en liten rød vogn, gjennom en serie av kopieringsfeil, kan evolvere til en bil, et fly, eller en romferge.
Men denne analogien går ikke langt nok, for et menneske er mye mer kompleks enn en romferge. Faktisk er vårt fenomen (hele kroppen og hjernen) mye mer kompleks enn noen teknologi. Kanskje vi kommer nærmere sannheten i vår analogi, hvis vi sier at vår lille røde vogn blir forvandlet til ett sciense fiction romskip, med ”warpspeed” og ”holodeck”
Hovedaksiomet sier at kopieringsfeil kan forklare både genomet (instruksjonen) og fenomenet (romfergen). Romfergen er bare en mutert vogn...
Men kan den virkelig gjøre det?
En riktig forståelse av utvelgelse er essensielt for å kunne evaluere aksiomets fortjeneste. Ingen intelligens er involvert i dette senarioet. Sekretæren (som kopierer) er i virkeligheten bare en kompleks matrise av følelsesløse molekyl-maskiner som blindt kopierer DNA. Kvalitetskontrolløren er bare en tendens for noen individ til å reprodusere mer enn andre. Mange gir naturlig utvelgelse en egenskap av overnaturlig intelligens. Men naturlig utvelgelse er bare et uttrykk for en blind og meningsløs prosess, der noen reproduserer mer enn andre. Genkopiering eller naturlig utvelgelse kan hverken se frem i tid eller har intelligens. Deres kombinerte IQ=0.
Videre skal vi undersøke noen av de elementære aspektene ved genetikk, og avgjøre om de fakta ang det menneskelige genom er forenlig med hovedaksiomet.

Del 3. Er mutasjoner bra?

Ingen kommentarer:

Legg inn en kommentar