Hoppa beint í efnið

Hoppa í efnisyfirlit

SPURNING 3

Hvaðan koma upplýsingarnar?

Hvaðan koma upplýsingarnar?

Hvers vegna líturðu út eins og þú gerir? Hvað ræður augnlit þínum, hárlit og húðlit? Hvað um hæð þína og líkamsbyggingu? Hvað ræður því hversu líkur þú ert öðru eða báðum foreldrum þínum? Hvað stjórnar því að fremsti hluti fingranna er mjúkur öðrum megin og með harðar, verndandi neglur hinum megin?

Á tímum Charles Darwins var þetta hulin ráðgáta. Darwin var sjálfur heillaður af því hvernig einkenni berast milli kynslóða en hann vissi lítið um erfðalögmálið og enn minna um þau ferli innan frumunnar sem stýra erfðum. Núna hafa líffræðingar hins vegar notað áratugi í að rannsaka erfðafræði mannsins og þær ítarlegu upplýsingar sem eru geymdar í þeirri stórkostlegu sameind sem við köllum DNA (deoxýríbósakjarnsýru). Stóra spurningin er auðvitað sú hvaðan þessar upplýsingar eru komnar.

Hvað segja margir vísindamenn? Margir líffræðingar og aðrir vísindamenn telja að DNA og kóðinn sem geymir fyrirmæli og upplýsingar hafi orðið til á tilviljunarkenndan hátt á milljónum ára. Þeir segja að ekkert bendi til hönnunar í gerð þessarar sameindar, starfsemi hennar né upplýsingunum sem hún geymir og miðlar.17

Hvað segir Biblían? Biblían gefur til kynna að upplýsingar um það hvernig og jafnvel hvenær hinir ýmsu líkamshlutar eigi að myndast séu skráðar í eins konar bók sem Guð hafi upphaflega sett saman. Davíð konungi var innblásið að lýsa því þannig. Hann segir um Guð: „Augu þín sáu mig meðan ég enn var fóstur. Í bók þinni var skrifað um alla líkamshluta mína og dagana sem þeir áttu að myndast, jafnvel áður en nokkur þeirra varð til.“ – Sálmur 139:16.

Hvað leiða staðreyndir í ljós? Ef það er rétt að lífið hafi þróast ættu að minnsta kosti að vera einhver líkindi á að DNA hafi getað myndast á tilviljunarkenndan hátt. Ef Biblían fer með rétt mál ættum við hins vegar að sjá skýr merki um að DNA sé hannað af hugviti.

Ef við lýsum DNA-sameindinni með einföldu orðalagi er myndin nokkuð skýr – en jafnframt hrífandi. Förum því í aðra skoðunarferð inn í frumuna. En núna skulum við skoða frumu í manni. Ímyndaðu þér að þú farir á safn þar sem þú getur kynnt þér hvernig slík fruma starfar. Safnið sjálft er eftirlíking af dæmigerðri mannsfrumu – sem er stækkuð 13.000.000 sinnum. Það er á stærð við risastóra íþróttahöll sem tekur um 70.000 manns í sæti.

Þú gengur inn í safnið og horfir orðlaus í kringum þig á alls konar undarleg og furðulega byggð fyrirbæri. Nálægt miðjunni stendur kúlulaga kjarninn sem er á stærð við 20 hæða hús. Þú tekur stefnuna þangað.

„Verkfræðiundur“ – hvernig er DNA pakkað? Það er hreint verkfræðiundur hvernig DNA er pakkað inn í frumukjarnann – sambærilegt við að pakka 40 kílómetrum af mjög fínum tvinna inn í tennisbolta.

Þú ferð inn um dyr á himnunni sem umlykur kjarnann og lítur í kringum þig. Það fyrsta sem þú tekur eftir eru 46 litningar. Hver litningur er paraður saman við annan sem er nákvæmlega eins en pörin eru mishá. Parið sem er næst þér er á við 12 hæða hús (1). Hver litningur er á við stóran trjástofn á þykkt en mjókkar í miðjunni svo að hann minnir á tvær samhangandi pylsur. Eins konar bandi er vafið í kringum hvern litning. Þegar þú kemur nær sérðu að rákir liggja þvert yfir bandið og smærri rákir liggja svo þvert á þær (2). Eru þetta staflar af bókum? Nei, þetta er úthliðin á lykkjum í þéttum gormlaga vafningi. Þú togar í eina lykkjuna og hún losnar. Þér til undrunar sérðu að lykkjan er líka gerð úr snyrtilega vöfðum gormi (3). Í þessum gormi er mikilvægasti þátturinn í öllu saman – eitthvað sem líkist mjög löngu reipi. Hvað er þetta?

UNDRAVERÐ SAMEIND Í NÆRMYND

Til einföldunar skulum við líkja þessum hluta litningsins við reipi. Það er um 2,5 cm á þykkt. Reipinu er vafið þétt um kefli (4) sem gerir að verkum að það er eins og gormur inni í stærri gormi. Þessi gormur er festur við eins konar grind sem heldur honum á sínum stað. Á skilti stendur að reipinu sé pakkað mjög þétt saman. Ef reipin í eftirlíkingunum af öllum litningunum væru losuð og lögð enda við enda myndu þau ná hálfa leiðina í kringum jörðina. a

Í vísindariti er þessi pökkunaraðferð kölluð „einstakt verkfræðiundur“.18 Finnst þér rökrétt að enginn verkfræðingur hafi komið nálægt þessu afreki? Segjum að það væri stór verslun í safninu með vörum í milljónatali og þeim væri svo skipulega raðað að það væri hægðarleikur að finna það sem mann vantaði. Myndirðu samt hugsa að enginn hefði skipulagt verslunina? Auðvitað ekki! Skipulag verslunarinnar væri samt einfalt í samanburði við skipulag litninganna.

Á skilti á safninu er þér boðið að skoða reipið betur. Þegar þú heldur á því í hendinni (5) sérðu að þetta er ekkert venjulegt reipi. Það er gert úr tveim þráðum sem eru snúnir hvor um annan. Þræðirnir eru tengdir saman með fíngerðum þverslám með jöfnu millibili. Reipið minnir á hringstiga (6). Þú áttar þig allt í einu á að þú heldur á eftirlíkingu af DNA-sameindinni – einni mestu ráðgátu lífsins!

Ein DNA-sameind, pökkuð saman með keflum sínum og grind, er einn litningur. Þrepin í stiganum eru kölluð basapör (7). Til hvers eru þau? Hvaða hlutverki gegnir þetta allt saman? Á upplýsingaskilti er að finna einfalda skýringu.

ÖFLUGASTA UPPLÝSINGAGEYMSLAN

Á skiltinu segir að þrepin eða þverslárnar í stiganum gegni lykilhlutverki í DNA-sameindinni. Ímyndaðu þér að stiganum sé skipt í tvennt eftir endilöngu. Hálf þrepin standa út í loftið báðum megin. Þau eru af fjórum gerðum. Vísindamenn auðkenna þau með bókstöfunum A, T, G og C. Það var stórmerk uppgötvun þegar í ljós kom að uppröðun bókstafanna er eins konar kóði með upplýsingum.

Þú veist kannski að mors-kóðinn var fundinn upp á 19. öld til að menn gætu átt samskipti með ritsíma. Í mors-kóðanum eru aðeins tvö tákn – punktur og strik. Samt er hægt að skrifa ótal orð og setningar með honum. Í DNA-kóðanum eru fjögur tákn eða stafir. Röð stafanna – A, T, G og C – myndar „orð“ sem kallast táknar. Táknarnir raðast upp í „sögur“ sem kallast gen. Í hverju geni eru að meðaltali 27.000 stafir. Genin og efnið á milli þeirra mynda eins konar „kafla“ – það er að segja einstaka litninga. Það þarf 23 litninga til að mynda heila „bók“ – genamengið, eða samanlagðar erfðaupplýsingar einnar lífveru. b

Ef genamengið væri skrifað niður í bók yrði hún mjög þykk. Hve miklar upplýsingar myndi hún geyma? Í genamengi mannsins eru um þrír milljarðar basapara, eða þrepa í DNA-stiganum.19 Hugsum okkur alfræðirit þar sem hvert bindi væri rúmlega þúsund blaðsíður. Genamengið myndi fylla 428 bindi. Þar sem genamengið í hverri frumu er tvöfalt yrðu bindin 856. Það tæki þig um 80 ár að skrásetja genamengið ef þú ynnir við það í fullu starfi án þess að taka nokkurt frí.

Þrátt fyrir alla vinnuna hefðirðu auðvitað ekkert gagn af þessu mikla ritverki. Hvernig myndirðu troða mörg hundruð fyrirferðarmiklum bókum inn í hverja einustu af þeim 100.000 milljörðum smásærra frumna sem þú ert gerður úr? Það er okkur algjörlega ofviða að þjappa öllum þessum upplýsingum svona mikið.

Prófessor í sameindalíffræði og tölvunarfræði segir: „Eitt gramm af þurrkuðu DNA væri um það bil einn rúmsentimetri. Það gæti geymt jafn miklar upplýsingar og 1.000 milljarðar geisladiska.“20 Hvað þýðir það? Við munum að í DNA eru genin eða upplýsingarnar til að byggja heilan mannslíkama. Allar þessar upplýsingar er að finna í hverri einustu frumu. Upplýsingarnar í DNA eru svo þjappaðar að ein teskeið af efninu myndi innihalda nægar leiðbeiningar til að mynda núverandi íbúafjölda jarðar 300 sinnum. DNA þeirra rúmlega átta milljarða manna sem búa á jörðinni núna væri varla nema örþunn skán á yfirborði teskeiðarinnar.21

BÓK ÁN HÖFUNDAR?

Eitt gramm af DNA geymir jafn miklar upplýsingar og 1.000 milljarðar geisladiska.

Þrátt fyrir miklar tækniframfarir eiga menn óralangt í land með að geta smíðað svona örsmáa og öfluga gagnageymslu. En berum þetta saman við geisladisk. Hann er hringlaga, gljáandi og vel hannaður. Það blasir við að hann er gerður af mannlegu hugviti. En segjum að hann geymi upplýsingar – ekki bara eitthvert bull heldur nákvæmar upplýsingar til að smíða, viðhalda og gera við flókinn vélbúnað. Það verður ekki séð að upplýsingarnar breyti þyngd eða stærð disksins. Samt eru það þær sem skipta mestu máli. Myndu ekki upplýsingarnar sem skráðar eru á disknum sannfæra þig um að hugvit búi að baki? Getur texti orðið til án höfundar?

Það er ekki langsótt að líkja DNA við geisladisk eða bók. Reyndar segir í bók sem fjallar um genamengið: „Sú hugmynd að genamengið sé eins og bók er strangt til tekið ekki einu sinni myndlíking. Bók inniheldur stafrænar upplýsingar … hið sama er að segja um genamengið.“ Höfundurinn bætir við: „Genamengið er snjöll bók því að við réttar aðstæður getur hún bæði afritað sjálfa sig og lesið sjálfa sig.“22 Þar komum við að öðrum mikilvægum þætti DNA-sameindarinnar.

VÉLAR Í VINNU

Meðan þú stendur þarna í kyrrðinni ferðu að velta fyrir þér hvort það sé jafn mikil kyrrð og ró í frumukjarnanum og á safninu. Þú tekur eftir glerkassa en í honum er líkan af DNA-gormi. Á skilti fyrir ofan kassann stendur: „Ýttu á takkann og sjáðu hvað gerist.“ Þú ýtir á takkann og þulurinn gefur eftirfarandi skýringu: „DNA gegnir að minnsta kosti tveim mikilvægum hlutverkum. Annað þeirra kallast eftirmyndun. Það þarf að afrita DNA-sameindina til að allar nýjar frumur fái sömu erfðaupplýsingarnar. Sjáðu hvernig það gerist.“

Í öðrum enda glerkassans er op og inn um það kemur vél sem er flókin að sjá. Þetta eru í rauninni nokkrir samtengdir róbótar. Vélin festir sig við DNA-gorminn og rennir sér eftir honum eins og lest á teinum. Hún fer aðeins of hratt til að þú áttir þig nákvæmlega á hvað er að gerast en þú sérð að fyrir aftan hana eru komnir tveir heilir DNA-gormar í stað eins.

Þulurinn útskýrir: „Þetta er stórlega einfölduð útgáfa af því sem gerist þegar DNA-gormurinn er eftirmyndaður. Nokkrar sameindavélar sem kallast ensím renna eftir DNA-gorminum og kljúfa hann í tvennt. Báðir þræðirnir eru síðan notaðir eins og mót til að mynda samstæða þræði. Við getum ekki sýnt allar ‚vélarnar‘ sem eiga hlut að máli – eins og litla tækið sem fer á undan eftirmyndunarvélinni og klippir á annan DNA-þráðinn svo að það losnar um hann og allt lendir ekki í tómri flækju. Við getum ekki heldur sýnt þér hvernig DNA er ‚próflesið‘ nokkrum sinnum. Þær villur sem finnast eru leiðréttar af ótrúlegri nákvæmni.“ – Sjá skýringarmynd á  bls. 16 og 17.

Þulurinn heldur áfram: „Það sem við getum sýnt þér greinilega er hve hratt þetta gerist. Þú tókst eflaust eftir að róbótinn er á töluverðum hraða. Í veruleikanum keyrir ensímvélin eftir ‚DNA-teinunum‘ á hraða sem nemur um 100 þrepum eða basapörum á sekúndu.23 Ef ‚teinarnir‘ væru á stærð við járnbrautarteina myndi vélin bruna áfram á 80 kílómetra hraða á klukkustund. Í bakteríum geta þessar litlu eftirmyndunarvélar náð tífalt meiri hraða! Í mannsfrumu vinna hundruð slíkra véla á mismunandi stöðum á ‚DNA-teinunum‘. Þær afrita allt genamengið á aðeins átta klukkustundum.“24 (Sjá rammann „ Sameind sem er lesin og afrituð“, á bls. 20.)

„AFLESTUR“ AF DNA

Eftirmyndunarvélin hverfur af vettvangi og önnur vél birtist. Hún rennur líka eftir DNA-gorminum en fer hægar. Þú sérð DNA-gorminn renna inn í vélina öðrum megin og koma út hinum megin – óbreyttan. Nýr einfaldur þráður kemur þó út um þriðja opið á vélinni. Það er eins og vélinni sé að vaxa skott. Hvað er um að vera?

Enn og aftur gefur þulurinn skýringu: „Hitt hlutverk DNA-sameindarinnar er kallað umritun. DNA-sameindin heldur sig alltaf innan öruggra veggja kjarnans. Hvernig er þá hægt að lesa og nota genin – uppskriftina að öllum prótínum líkamans? Efnaboð sem berast inn í frumukjarnann ‚kveikja á‘ ákveðnu geni í DNA-gorminum þannig að þessi ensímvél finni rétta staðinn. Vélin notar síðan sameind sem kallast RNA (ríbósakjarnsýra) til að gera afrit af þessu geni. RNA lítur að miklu leyti út eins og annar þráðurinn í DNA en virkar samt öðruvísi. Verkefni þess er að sækja upplýsingarnar sem er að finna í genunum. RNA-sameindin fær þær í ensímvélinni. Hún yfirgefur síðan frumukjarnann og fer til eins af ríbósómunum þar sem upplýsingarnar eru notaðar til að smíða prótín.“

Þú fyllist aðdáun þegar þú fylgist með þessu ferli. Þér finnst safnið stórkostlegt og þú dáist að hugviti þeirra sem hönnuðu og smíðuðu vélarnar. En segjum að það væri hægt að setja í gang allt sem er til sýnis á safninu þannig að sjá mætti allar þær þúsundir ferla sem eiga sér stað samtímis í mannsfrumunni. Það yrði ekki lítið sjónarspil!

Þú áttar þig samt á að örsmáar flóknar vélar vinna stöðugt að öllum þessum ferlum í þeim 100.000 milljörðum frumna sem eru í líkama þínum. DNA-sameindirnar þínar eru lesnar og þær veita upplýsingar til að smíða þau hundruð þúsunda mismunandi prótína sem líkami þinn er gerður úr – ensím, vefi, líffæri og svo framvegis. Þessa stundina er verið að afrita og próflesa DNA-sameindir í þér þannig að nýtt eintak af leiðbeiningunum sé tilbúið fyrir allar nýjar frumur.

HVERS VEGNA SKIPTIR ÞETTA MÁLI?

Spyrjum aftur: Hvaðan koma allar þessar upplýsingar? Í Biblíunni segir að þessi „bók“ og það sem stendur í henni eigi sér ofurmannlegan höfund. Er það í alvöru úrelt eða óvísindaleg ályktun?

Veltu fyrir þér hvort menn gætu sett upp safn eins og hér hefur verið lýst. Þeir myndu lenda í alls konar ógöngum ef þeir reyndu. Margt er enn á huldu um genamengi mannsins og starfsemi þess. Vísindamenn eru enn að reyna að greina hvar öll genin eru og hvað þau gera. Genin eru aðeins lítill hluti af DNA-gorminum. Hvað um þessi löngu millibil sem innihalda ekki gen? Vísindamenn hafa kallað þetta rusl-DNA en á undanförnum árum hefur afstaða þeirra verið að breytast. Hugsanlegt er að þessir hlutar sameindarinnar stýri því hvernig og í hvaða mæli genin eru notuð. En segjum að vísindamenn gætu smíðað fullbúið líkan af DNA og vélunum sem afrita það og próflesa. Gætu þeir þá fengið það til að virka eins og í raunverulegri frumu?

Þekktur vísindamaður, Richard Feynman, skrifaði þessi fleygu orð á krítartöflu skömmu áður en hann dó: „Það sem ég get ekki skapað get ég ekki heldur skilið.“25 Orð hans endurspegla auðmýkt og hreinskilni sem er vel við hæfi þegar DNA á í hlut. Vísindamenn geta hvorki búið til DNA með öllum sínum eftirmyndunar- og umritunarvélum né skilið til fulls hvernig það virkar. Sumir fullyrða samt að þeir viti að það hafi orðið til fyrir tilviljun. Finnst þér rökin sem við höfum skoðað styðja þessa ályktun?

Sumir menntamenn telja að rökin bendi í hina áttina. Lífeðlisfræðingurinn Francis Crick átti þátt í að uppgötva að DNA er eins og tvöfaldur gormur í laginu. Hann komst að þeirri niðurstöðu að þessi sameind væri allt of flókin til að hafa myndast við röð tilviljunarkenndra atburða. Hann sló fram þeirri hugmynd að vitsmunaverur úti í geimnum hafi kannski sent DNA hingað til jarðar til að kveikja líf.26

Heimspekingurinn Antony Flew, sem aðhylltist guðleysi í hálfa öld, kúventi þegar hann var 81 árs. Hann fór þá að tjá þá skoðun sína að einhverjir vitsmunir hljóti að hafa verið að baki tilurð lífsins. Hvað varð til þess að hann skipti um skoðun? Rannsóknir á DNA. Aðspurður hvort þessi breytta afstaða hans gæti ekki reynst óvinsæl meðal vísindamanna er hann sagður hafa svarað: „Það væri miður. Ég hef fylgt þeirri lífsreglu alla ævi … að láta sönnunargögnin ráða ferðinni, hvert sem þau leiða mig.“27

Hvað heldur þú? Hvert leiða sönnunargögnin okkur? Ímyndaðu þér að þú komir í tölvurými í stórri verksmiðju. Tölvan stýrir allri starfsemi verksmiðjunnar með háþróuðu forriti. Auk þess sendir forritið stöðugt fyrirmæli um hvernig á að smíða og viðhalda öllum vélum verksmiðjunnar og það gerir líka afrit af sjálfu sér og prófles þau. Hvað myndirðu álykta þegar þú sæir þetta? Að tölvan og forritið hafi orðið til af sjálfu sér eða að hugvit og skipulagsgáfa búi að baki? Svarið er augljóst.

a Í kennslubókinni Molecular Biology of the Cell er notuð önnur myndlíking. Þar segir að þessum löngu þráðum sé pakkað þannig inn í frumukjarnann að það sé sambærilegt við að pakka 40 kílómetrum af mjög fínum tvinna inn í tennisbolta – en svo snyrtilega og skipulega að greiður aðgangur sé að tvinnanum hvar sem er.

b Í hverri frumu eru tvær fullbúnar samstæður genamengisins, alls 46 litningar.