Informaatio

squirrel kirjoitti:

Mutaatiot voivat tuottaa informaatiota:
Jokaisella geenimuutoksella on olemassa vastageeninmuutos, Jos siis meillä on olemassa sekvenssi A ja sekvenssi B, ja muutos Y1 muuttaa sekvenssin A sekvenssiksi B, on olemassa muutos Y2,joka muuttaa sekvenssin B sekvenssiksi A. Jos Y1vähentää informaatiota, niin Y2 pakosti lisää sitä. Näinollen mutaatiot voivat tuottaa uutta informaatiota, "aidosti hyödyllisiä" muutoksia, paitsi jos oletetaan lähtökohdaksi laadulta ja määrältä ääretön informaatioketju. Tällöin kaikki muutokset -olivatpa ne mitä tahansa, voidaan selittää "palauttavina takaisinmutaatioina". Evoluutiossa ei tälläistä informaatiota oleteta,joten tämä ei ole sille este.
Rappeutumismallin "palautuvuusargumenttiin" voidaan soveltaa Dollon lakia. Dollon lain mukaan kaksi yksittäistä mutaatiota voi helpostikin kumota toisensa, jolloin tilanne palaa entiselleen. Koska mutaatioita kuitenkin on paljon, mahdollisten evoluutiopolkujen määrä kasvaa niin suunnattomaksi, että kahden eri polun päätyminen samaan pisteeseen on käytännössä lähes mahdoton. Näin ollen alkulähtötilasta saman evoluutiopolun kautta mutatoituminen samaan lopputulokseen tai lopputuloksen mutatoituminen alkutilaksi on epätodennäköistä. Mutatoituminen -olipa kyse sitten rappeutumista tai evoluutiosta- ovat pääsääntöisesti palautumattomia ilmiöitä. Dollyn laki on ainoastaan propabilistinen, ei täysin pois sulkeva. Sen nojalla voidaan kuitenkin sanoa, että jos vaihtoehtona on palautuminen tai eipalautuminen eikä havaintoaineistoa ole, on järkevämpää olettaa palautumattomuus. Palautumattomuus ei tarkoita informaation suuntaa: Esimerkiksi että syntynyt informaatio ei voisi tuhoutua, se tarkoittaa sitä, että:
*Tapahtumaketjua ei voida toistaa kokeellisesti täsmälleen samanlaisena. Evoluutio on kuin sääennustus: Tämän päivän säästä ei voida luotettavasti laskea menneisyyden tai tulevaisuuden säitä pitkällä ajanjaksolla.
*Tapahtumaketjun, esimerkiksi jonkin rakenteen syntytodennäköisyyttä mutaatioin, ei voida laskea ottamalla pelkästään tunnettu kehitysketju ja lähtötila: Koska rietyn rakenteen synnyttäminen juuri tietyllä tavalla, kuin se on syntyny vaatii enemmän aikaa, kuin rakenteen synnyttäminen jollain tavalla, vaatii eksakti toistaminen laboratoriossa jopa enemmän aikaa kuin luonnossa.
*Mutatoitumisjärjestys ei kerro mitään rakentumisjärjestyksestä. Jos informaatio tuhoutuu, se ei kerro missä järjestyksessä se on mutatoitunut ja rakentunut.
Dollon laki koskee palautumistilannetta; siitä riippumatta kehityksen suunta pelkkien järjestettyjen mutaatioiden avulla ei onnistu: Suunnan selvittämiseen tarvitaan epäsuoraa todistusaineistoa.
Näin esimerkiksi mutatoitu sanaketju JA-AJA-ALA-SALA-SULA-SUKA-SUKKA-TUKKA-TUKKO-SUUKKO-PUUKKO saadaan järjestykseen,mutta on mahdoton sanoa onko JA:sta kehittynyt PUUKKO vai toisin päin -sitä ei voida jälkikäteen sanoa pelkällä merkkien analyysillä: Tarvitaan merkkien ulkopuolista tietoa, esimerkiksi niiden esiintymisaikoja.
Redundanssi ja informaatio
Redundanssilla tarkoitetaan ylijäämää. Mitä enemmän informaatiossa on redundanssia, sitä enemmän siitä voidaan poistaa osia, sisällön muuttumatta. Redundanssi siis lisää virheenkestokykyä. Jos informaatiopätkässä, jonka pituus on N bittiä lisätään redundanssia B bittiä,esimerkiksi koodaustapaan liitettynä,voidaan informaatio ilmaista 2^B tavalla.
Kaikki sekvenssit, riippumatta siitä ovatko ne "merkityksellisiä" vai "ei merkityksellisiä" voidaan siis ilmaista useammalla tavalla. Redundanssi ajaamattomassa ympäristössä ei muuta todennäköisyyttä sille, miten todennäköisesti puhtaasti sattumalla saataisiin arvottua "merkityksellinen" pätkä:
arvonta-avaruus kasvaisi samassa määrin.

Mutta se,mitä redundanssi virhekestävyyden lisäksi lisää on se informaatioavaruus, jonka sisällä informaatiopätkä on yhden muutoksen päässä. Ja mitä useampia muutostapoja on, sitä kiivaampaa on tämän tahti.
Tämä johtaa siihen,että suuri redundanssi johtaa suureen määrään tapoja, jolla informaatio voi muuttua. Jos "merkityksellisiä" informaatioketjuja on useita, kasvaa redundanssin myötä mahdolliset tavat sille,että "merkityksellinen" informaatio muuttuu "toisenlaisen merkityksen sisältäväksi" informaatioksi. Tämä johtuu siitä,että jos alkutilassa jotkut bitinmuutokset johtavat merkityksen muuttumiseen, ovat ne koodaustavan muutoksen myötä myös mahdollisia, mutta redundanssin "tyhjät bitit" sisältävät myös potentiaalin muuttua osaksi merkitystä kantavaa sekvenssiosaa koodissa.
Redundanssi on siis evoluution kannalta oleellinen, kun puhutaan geneettisestä ajautumisesta. Ilman merkityksen muuttumista evoluutio ei voisi kehittää uudenlaista merkityksellistä informaatiota: Muutenhan alkusolussa täytyisi olla valmiina jokaisen ominaisuuden yksinkertainen versio, jotta evoluutio olisi mahdollista.
Geneettiselle ajautumiselle antaa hyvät edellytykset se,että kodonit mahdollistaisivat 4^3 = 64 aminohapon koodauksen. Aminohappoja on kuitenkin vain 20, joten log2(64)=6 bittiä ja log2(21) reilut 4 bittiä. Koska jokaisessa kodonissa on tämä sama määrä redundanssia, johtaa tämä siihen,että genomissa on prosentuaalinen bittimäärä redundanssia. Eli mitä pidempi koodi(esimerkissä:N) sitä suurempi bittimäärä siitä on redundanssia(esimerkissä:B~N-N/1,5)

Redundanssia on vielä tätäkin paljon enemmän:
Ksylaanientsyymillä muoto on sama, vaikka geenitasolla eroja voi olla jopa yli 60%. (Hakulinen N., Turunen O., Jänis J., Leisola M. & Rouvinen J "Three-dimensional structures of thermophilic b-1,4-xylanases from chaetomium thermophilum and Nonomuraea flexuosa.",2003)
Lisäksi muutos koodattavaan aminohappoon ei välttämättä muuta geenin toimintaa mitenkään. Hoivarihain ja kamelin eräs antigeenireseptorirakenne on lähes identtinen 3-ulotteiselta rakenteeltaan. Geenit ovat kuitenkin "kirjoitettuna" täysin eri kirjaimin. Sama geneettinen informaatio voidaan siis sanoa lukuisilla eri tavoilla. Emme pysty sanomaan tarkalleen, kuinka paljon genomissa tarkalleen ottaen on redundanssia. Pääsyy tälle on se,että emme pysty tunnistamaan täydellisesti pakattua informaatiota. Mutta kuten lainomaisuudessakin voimme tunnistaa pienen algoritmisen kompleksisuuden omaavia algoritmejen tuloksia, voimme tunnistaa osan redundanssista.
Kaukaiset vuoret
"Evolution requires that protein sequences change to very different sequences, with all the intermediate sequences staying functional. But out of all possible sequences, functional sequences are extremely rare, so most functional sequences are highly isolated from each other. Using language as an analogy, one sentence cannot be changed to another by gradual changes such that all the intermediate changes are meaningful. It is highly improbable that random mutations could change one functional sequence to another."
(Stephen Meyer, "The origin of biological information and the higher taxonomic categories",2004)
ID - kreationistit ovat kehittäneet uuden väitteen, joka nojaa siihen,että sekvenssiavaruudet olisivatkin kaukana toisistaan, jolloin satunnainen muutos ei voisi ylittää näitä "vuoria": Tällöin geenin muuttuminen toiseksi olisi mahdotonta.
Kuitenkin Keefen ja Szostakin koe, joka julkaistu Sciensessä nimellä "Functional proteins from a random-sequence library" vuodelta 2001 osoitettiin, että ~ 1:10^11 kaikista satunnais-sekvenssisistä proteiineistä on ATP -sidontakyky. -tietty funktio.
vertaa Dembskin 1:10^150.
Tulos on 1:10^139 tuosta.
H. P. Yockeyn "Information Theory and Molecular Biology" vuosimallia 1992 taas osoittaa,että tällä tiheydellä kaikki toiminnalliset sekvenssit ovat yhteydessä toisiinsa yhdellä aminohapon muutoksella. Tässä oletetaan satunnaisjakauma. Oikeasti tiedämme,että samantoimiset sekvenssit ovat melkoisen lähekkäin toisiaan, mikä johtaa siihen,että mistä tahansa toimivasta sekvenssistä ei voi yhdellä mutaatiolla syntyä mitä tahansa geeniä -vaan muutokset tietystä funktiosta toiseen ovat usein useavaiheisia. Vuoria toisaalta lähentää se, että on olemassa lukuisia mutaatioita,jotka muuttavat useaa aminohappoa kerralla, sekä se,että pelkkä "sekvenssivuori A" hipaisee "sekvenssivuorta B" joka hipaisee "sekvenssivuorte C" mahdollistaa evoluution "sekvenssivuorelta A" "sekvenssivuorelle C".
Paras tuki sekvenssiavaruuksien kohtaamiselle tuottaa empiria:"ohjattu evoluutio"("directed evolution") koeputkessa on tehokas ja suosittu metodi kun tuotetaan uusia geenejä ja hyödyllisiä geenien tuotteita. Muutaman esimerkin mainitakseni listaan G.F. Joycen, "Directed evolution of nucleic acid enzymes" vuodelta 2004, Schmidt-Dannertin, "Directed evolution of single proteins, metabolic pathways, and viruses" vuodelta 2001 ja Tao & Cornishin "Milestones in directed enzyme evolution" vuodelta 2002.
"Ohjattu evoluutio" toimii vaikka aloitettaisiin satunnaisilla sekvensseillä. Toiminnan vaihtuminen ei voi olla kovin mahdotonta, kun sitä tapahtuu niin helposti ja niin usein.
Jos taas "liennytämme" kreationistien väitteen muotoon "Mitään täysin uutta - jo olemassaolevista sekvensseistä täysin poikkeavaa- ei ole syntynyt", niin näin pitääkin olla. Kompleksinen, täysin uusi ominaisuus, joka ei ole syntynyt vähittäisin muutoksin olemassaolevista geeneistä ja näiden muutoksista olisi evoluution falsifioiva.

kirjoitti:

Anonyymi

Kirjoita kommentti

5000

Lähetä