Rzeka genów - Richard Dawkins - ebook + książka

Rzeka genów ebook

Richard Dawkins

4,3

Opis

Skąd wzięło się na Ziemi życie? Skąd jego różnorodność i bogactwo? Jak mogą potoczyć się przyszłe ewolucyjne losy naszej planety?

Co to jest "bomba replikacyjna" i do czego prowadzi jej eksplozja? Na te (i wiele innych pytań) odpowiada profesor Richard Dawkins, wybitny biolog, zoolog i ewolucjonista, uczony od wielu lat związany z Uniwersytetem w Oksfordzie, gdzie przez lata kierował katedrą Charles Simonyi Professor for the Public Understanding of Science oraz jest członkiem New College. Talent literacki i popularyzatorski autora „Rzeki genów” sprawia, że po tę książkę może (i powinien) sięgnąć każdy, kogo ciekawi fenomen powstania i rozwoju życia, tajemnica genów i ewolucji czy wreszcie przyszłe losy naszego gatunku.
„W ten czy inny sposób wszystkie moje książki poświęcone są tej samej historii o niemal nieograniczonym potencjale, jaki niesie w sobie darwinowska zasada doboru naturalnego, o ile tylko raz uruchomiony proces samoreplikacji ma szansę rozwijać się na przestrzeni dostatecznie długiego czasu. "Rzeka genów" jest dla mnie dalszym ciągiem misji, której się podjąłem. Doprowadzam tu całą opowieść do pozaziemskiej kulminacji, łącznie z rozważaniami na temat zaszczepienia fenomenu samoreplikacji wśród miriadów atomów w przestrzeni kosmicznej. [Richard Dawkins, fragment wstępu do "Rzeki genów"].

Ebooka przeczytasz w aplikacjach Legimi na:

Androidzie
iOS
czytnikach certyfikowanych
przez Legimi
czytnikach Kindle™
(dla wybranych pakietów)
Windows
10
Windows
Phone

Liczba stron: 231

Odsłuch ebooka (TTS) dostepny w abonamencie „ebooki+audiobooki bez limitu” w aplikacjach Legimi na:

Androidzie
iOS
Oceny
4,3 (18 ocen)
8
8
2
0
0

Popularność




Copyright © 1996, 2007 by Richard Dawkins

All rights reserved

Tytuł oryginału: River out of Eden. The Darwinian View of Life

Copyright © 2014 for this edition and for Polish translation by Wydawnictwo CiS

Przekład: Marek Jannasz

Redakcja naukowa i przypisy: Marcin Ryszkiewicz

Redakcja: Małgorzata Taczanowska

Opracowanie redakcyjne: Jakub Sanin

Projekt okładki i opracowanie graficzne: Studio Gonzo & Co.

Na okładce wykorzystano fragment obrazu Jana Breughela Starszego Raj

Wydanie I (e-book)

Wydawnictwo CiS

Adres redakcji

02-526 Warszawa Opoczyńska 2A/5

http://www.cis.pl

e-mail:cis@cis.pl

Warszawa — Stare Groszki 2014

ISBN 978-83-61710-51

Skład wersji elektronicznej: Michał Nakoneczny / Virtualo Sp. z o.o.

konwersja.virtualo.pl

Pamięci Henry’ego Colyeara Dawkinsa (1921–1992) profesora St. John’s College w Oxfordzie, mistrza w sztuce czynienia rzeczy trudnych prostymi

A z Edenu wypływała rzeka, aby nawadniać ogród

Księga Rodzaju 2,10

WSTĘP

Natura — tak nazywamymiliardy miliardów miliardówcząstek toczących między sobą nigdy nie kończącą się gręw biliardy biliardów biliardów.

— Piet Hein

Piet Hein przedstawia tu klasyczny obraz świata widziany oczyma fizyka. Kiedy jednak w wyniku biliardów przypadkowych zderzeń atomów powstaje nagle coś, co posiada zupełnie nową, niepowtarzalną właściwość, wiadomo, że we Wszechświecie wydarzyło się coś doniosłego. Taką właściwością jest zdolność do samoreplikacji. Oznacza to, że owo „coś” potrafi, wykorzystując zewnętrzną materię, stworzyć kopię siebie samego. Pojawianie się przypadkowych błędów w replikacji sprawia zaś, że nie wszystkie kopie są identyczne. Następstwem tego niepowtarzalnego wydarzenia, gdziekolwiek we Wszechświecie miałoby ono miejsce, musiało być pojawienie się darwinowskiej zasady doboru naturalnego i jej nieuniknionej konsekwencji, która na naszej planecie osiągnęła barokowe bogactwo form i nazywa się życiem. Nie znamy drugiego takiego fenomenu, gdy tak wiele faktów da się wyjaśnić przy przyjęciu tak małej liczby założeń wstępnych. Teoria Darwina okazuje się nadzwyczaj skuteczna nie tylko w objaśnianiu świata. Charakteryzujące ją oszczędność i lakoniczność dodają jej uroku oraz poetyckiego piękna przyćmiewającego nawet najsilniej przemawiające do wyobraźni mity o pochodzeniu życia, jakie stworzył człowiek. Jednym z celów przyświecających mi przy pisaniu tej książki było oddanie należnej sprawiedliwości dziełu Darwina, które — umożliwiając nam nowoczesne rozumienie fenomenu życia — pozostaje nieustannym źródłem inspiracji. W hipotezie mitochondrialnej Ewy więcej jest poezji niż w opowieści o jej biblijnej imienniczce.

Tą cechą życia, która, wedle słów Davida Hume’a, najbardziej „zachwyca wszystkich, co kiedykolwiek się nad tym zastanawiali”, jest precyzyjna perfekcja mechanizmu służącego do realizacji określonego celu, mechanizmu, o którym Karol Darwin mówił jako o zespole „organów o niesłychanej złożoności i doskonałości”. Drugą zachwycającą nas cechą ziemskiego życia jest jego niesłychane zróżnicowanie mierzone dziesiątkami milionów gatunków, z których każdy oznacza istnienie osobnego, niepowtarzalnego sposobu życia. Kolejnym moim celem jest więc przekonanie czytelników, że odmienne „sposoby życia” nie są niczym innym jak różnymi „metodami przekazywania kodu genetycznego następnym pokoleniom”. Rzeka, o której mówi tytuł, to rzeka DNA płynąca przez całe epoki geologicznego czasu, a strome brzegi oddzielające jej poszczególne odnogi okazały się niezwykle przydatną metaforą do opisu nieodwracalnego wyodrębniania się kombinacji genów specyficznych dla poszczególnych gatunków.

W ten czy inny sposób wszystkie moje książki poświęcone są tej samej historii o niemal nieograniczonym potencjale, jaki niesie w sobie darwinowska zasada doboru naturalnego, o ile tylko raz uruchomiony proces samoreplikacji ma szansę rozwijać się na przestrzeni dostatecznie długiego czasu. Rzeka genów jest dla mnie dalszym ciągiem misji, której się podjąłem. Doprowadzam tu całą opowieść do pozaziemskiej kulminacji, łącznie z rozważaniami na temat zaszczepienia fenomenu samoreplikacji wśród miriadów atomów w przestrzeni kosmicznej.

W trakcie pisania tej pracy korzystałem ze wsparcia, zachęt, rad i konstruktywnych uwag wielu życzliwych mi ludzi: Michaela Birketta, Johna Brockmana, Steve’a Daviesa, Daniela Dennetta, Johna Krebsa, Sary Lippincott, Jerry’ego Lyonsa, a zwłaszcza mojej żony, Lalli Ward. Niektóre fragmenty książki to przeredagowane na jej potrzeby artykuły, które ukazały się już wcześniej. Rozważania z Rozdziału 1. na temat kodów cyfrowego i analogowego zostały oparte na moim artykule opublikowanym w magazynie „The Spectator” z 11 czerwca 1994 roku. Zawarta w Rozdziale 3. relacja z badań Dana Nilssona i Susanne Pelger nad ewolucją oka pochodzi częściowo z artykułu News and Views, który opublikowałem w „Nature” 21 kwietnia 1994 roku. Pragnę podziękować wydawcom obu wymienionych pism za udostępnienie artykułów do tej pracy. Chciałbym wreszcie wyrazić moją wdzięczność Johnowi Brockmanowi i Anthony’emu Cheethamowi za zaproszenie mnie do udziału w tak unikalnym przedsięwzięciu wydawniczym jak seria SCIENCE MASTERS.

Oxford, 1994

Rozdział pierwszyCYFROWA RZEKA

Każdy lud i naród ma swoich mitycznych przodków, o których mówią legendarne opowieści. Cześć im oddawana często przybiera formę zorganizowanego kultu. Ludzie proszą swoich antenatów o wsparcie, a nawet modlą się do nich. I można by powiedzieć, że dobrze wiedzą, co robią, bo to właśnie u przodków — jak wkrótce się przekonamy — a nie u nadprzyrodzonych bóstw należy szukać klucza do zrozumienia tajemnicy życia. Znakomita większość przychodzących na świat stworzeń ginie, zanim osiągnie dojrzałość. Z tej mniejszości, która żyje dostatecznie długo by się rozmnożyć, jeszcze mniejsza część dochowuje się potomstwa, które ma własne potomstwo, i tak przez tysiące pokoleń. Ową znikomą mniejszość mniejszości, tę prawdziwą praszczurzą elitę — i tylko ją — przyszłe pokolenia będą mogły nazwać swoimi przodkami. Przodkowie stanowią rzadkość, podczas gdy potomkowie to coś pospolitego.

Każde zwierzę i roślina, bakteria czy grzyb — wszystkie żyjące stworzenia: te, co tylko pełzają, i ci, którzy czytają tę książkę — mogą poszczycić się długim szeregiem przodków, z których ani jednemu nie przydarzyło się zginąć przed osiągnięciem dojrzałości. Wszyscy osiągnęli lata sprawne, zdołali znaleźć sobie przynajmniej jednego partnera płci przeciwnej i wydać z nim na świat potomstwo[1*]. Żaden z naszych przodków nie został unicestwiony przez wroga, chorobę wywołaną wirusem czy przez nieuważny krok na skraju przepaści, nim nie spłodził przynajmniej jednego potomka. Tysiącom współczesnych naszym przodkom ta sztuka się nie udała — wystarczyło, że nie spełnili choćby jednego z wymienionych warunków. Tymczasem każdy z naszych antenatów spełnił je wszystkie, co do jednego. Stwierdzenia te są oczywiste, niemalże trywialne, a przecież tak wiele z nich wynika. Niosą w sobie nieoczekiwane i zadziwiające konsekwencje, wnioski z nich wiele wyjaśniają, lecz także dają dużo do myślenia. O tym właśnie będzie opowiadać moja książka.

Ponieważ wszystkie żywe istoty dziedziczą geny po własnych przodkach, a nie po ich mniej szczęśliwych rówieśnikach, wszystkie organizmy wykazują tendencję do posiadania „szczęśliwych” genów zapewniających prokreacyjny sukces, które nadają im cechy potrzebne do tego, żeby zostać przodkiem, czyli zdolność do przeżycia i reprodukcji. Dlatego właśnie żywe istoty dziedziczą te geny, które zapewniają powstanie dobrze zaprojektowanej maszyny w postaci organizmu funkcjonującego tak, jakby dążył do osiągnięcia jedynego, wymarzonego celu — stania się przodkiem. Dlatego właśnie ptaki tak dobrze latają, ryby pływają, małpy skaczą, a wirusy rozprzestrzeniają się; i dlatego właśnie my kochamy życie, kochamy się kochać i kochamy dzieci. Dzieje się tak z tego powodu, że każdy z nas, bez żadnego wyjątku, odziedziczył geny przekazywane w nieprzerwanej linii przodków, którym się udało. Świat stopniowo zapełniają organizmy posiadające to wszystko, co predestynuje je do bycia przodkami. Tak można by w jednym zdaniu streścić przesłanie darwinizmu. Darwin powiedział oczywiście o wiele więcej, a jeszcze więcej są w stanie dodać współcześni uczeni. I to jest powód, dla którego ta książka nie kończy się już w tym miejscu.

To, co zostało powiedziane powyżej, można bardzo łatwo pojąć błędnie, dając się zwieść niezwykle mylącemu, a zarazem kuszącemu rozumowaniu. Pułapka ta polega na wyobrażaniu sobie, że skoro przodkowie działali w sposób skuteczny, to pozostawili po sobie geny w jakimś stopniu ulepszone w porównaniu z tymi, które otrzymali od swoich rodziców. Coś ze skuteczności przodków musiało — zgodnie z tym rozumowaniem — udzielić się ich genom i dlatego ich potomkowie tak dobrze latają, pływają bądź zabiegają o względy partnera seksualnego. Wielki błąd! Geny nie ulepszają się w miarę użytkowania, one po prostu są przekazywane w niezmienionej postaci, z wyjątkiem przypadkowo występujących błędów w dziedziczeniu. To nie skuteczność danego osobnika czyni geny dobrymi. To dobre geny czynią go skutecznym. Cokolwiek by dany organizm robił w czasie swojego życia, nie ma to najmniejszego wpływu na jego geny. Po prostu ci, którzy urodzili się z dobrymi genami, mają największe szanse na osiągnięcie dojrzałości i stanie się skutecznymi reproduktorami. W ten sposób dobre geny mają większe szanse na trafienie do następnych pokoleń niż geny złe. Każde kolejne pokolenie jest filtrem czy też sitem, które zatrzymuje gorsze geny, a przepuszcza dobre. Niektóre złe geny mogą nie zostać odsiane przez jedno czy dwa pokolenia na przykład dlatego, że miały to szczęście i dzieliły organizm gospodarza z dobrymi, żeby jednak przejść z powodzeniem przez ciąg tysięcy sit, jedno za drugim, potrzeba czegoś więcej niż szczęścia. Po tysiącu następujących po sobie generacji staje się wielce prawdopodobne, że geny, które były przekazywane od pierwszego do ostatniego pokolenia, są właśnie dobrymi genami.

Powiedziałem, że geny, które przetrwały przez wiele pokoleń, to te, które zapewniły sukces prokreacyjny naszym przodkom. To prawda, ale z jednym, oczywistym wyjątkiem, który muszę omówić już w tym miejscu, nim zacznie wywoływać zamęt w naszych rozważaniach. Istnieją osobniki nieodwracalnie skazane na bezpłodność, ale przy tym niejako zaprogramowane tak, by mogły asystować przy przekazywaniu swych genów przyszłym pokoleniom. Robotnice mrówek, pszczół, os oraz termitów są bezpłodne. Ich zadaniem nie jest dążenie, by za wszelką cenę zostać przodkiem; one mają umożliwić to swoim płodnym kuzynom, zwykle siostrom i braciom. Dwie rzeczy są w tym kontekście szczególnie istotne. Po pierwsze w przypadku wszystkich gatunków zwierząt prawdopodobieństwo wystąpienia u rodzeństwa kopii tych samych zestawów genów jest bardzo duże. Po drugie to nie geny, ale środowisko decyduje, czy dany osobnik, powiedzmy termit, staje się reproduktorem, czy jednym ze sterylnych robotników. Wszystkie termity posiadają zarówno geny mogące uczynić je robotnikami, jak i te, które czynią z nich reproduktorów, zależnie od warunków zewnętrznych. Reproduktorzy przekazują następnym pokoleniom kopie genów umożliwiających robotnikom stanie się robotnikami. Bezpłodne osobniki wykonują swą robotniczą pracę pod wpływem genów, których kopie znajdują się w organizmach reproduktorów Kopie robotniczych genów usiłują za wszelką cenę wspomóc swoje królewskie i płodne kopie w wędrówce przez pokoleniowe sita.

W przypadku termitów bezpłodne mogą być osobniki obojga płci. U mrówek, pszczół i os bezpłodne są wyłącznie samice — robotnice. Zasada pozostaje jednak ta sama. W mniej jaskrawej postaci ze zjawiskiem tym spotykamy się też u niektórych gatunków ptaków, ssaków i innych zwierząt. Polega to na tym, iż o wychowanie młodych dbają nie tylko rodzice, ale częściowo i starsze rodzeństwo. Tak więc geny mogą przedostać się przez sito pokoleniowe, nie tylko czyniąc własny organizm skutecznym reproduktorem, ale również pomagając organizmowi pokrewnemu w staniu się przodkiem.

„Rzeka” z tytułu tej książki to rzeka DNA, która płynie w czasie, nie w przestrzeni. To rzeka informacji, a nie tkanek; nurt abstrakcyjnych instrukcji budowy organizmów, nie samych organizmów. Informacja przekazywana jest z organizmu na organizm. Kolejne organizmy są jednak tylko pośrednikami niemającymi żadnego wpływu na przenoszoną przez siebie informację. Rzeka informacji płynie niezależnie od doświadczeń i osiągnięć osobników wyznaczających kolejne etapy jej wędrówki, tych, którym udało się osiągnąć sukces reprodukcyjny. Co więcej, płynie również niezależnie od potencjalnego źródła skażenia, które mogłoby być o wiele potężniejszym generatorem zmian — tym zaś jest oczywiście płeć.

W każdej komórce naszego ciała połowa genów matki staje ramię w ramię z połową genów ojca. Geny matczyne i ojcowskie wspódziałają ze sobą w jak najbliższych relacjach, by wspólnym wysiłkiem stworzyć niepowtarzalny zlepek, którym jest każdy z nas. Same geny jednak nie łączą się ze sobą; to jedynie ich oddziaływania nakładają się na siebie. Geny zachowują pełną integralność. Kiedy nadejdzie czas przesiewu do następnego pokolenia, jedne geny mogą zostać przekazane potomkowi, inne nie. Geny matczyne i ojcowskie nie tworzą stałej mieszanki, przekazywane są niezależnie i w nowym pokoleniu mogą tworzyć zupełnie inne konfiguracje. Każdy gen w naszym organizmie pochodzi albo od ojca, albo od matki. Pochodzi również tylko od jednego z czwórki rodziców naszych rodziców i tylko od jednego z ósemki pradziadków, i tak dalej, aż do najdalszych protoplastów.

Mówiłem dotąd o rzece genów, równie dobrze można by jednak mówić o grupie dobranych towarzyszy podróży maszerujących przez epoki geologiczne. Wszystkie geny z jednej populacji zdolnej do krzyżowania się i wydawania płodnego potomstwa są w dłuższej perspektywie czasowej współtowarzyszami, chociaż czasowo przebywają w różnych organizmach i wtedy ich najbliższymi towarzyszami stają się geny z tego samego organizmu. Geny przeżywają przez pokolenia, jeżeli okazują się skuteczne w tworzeniu organizmów zdolnych do życia i rozmnażania na sposób właściwy danemu gatunkowi. To jednak nie wszystko. Żeby być skutecznym w walce o przetrwanie, gen musi dobrze współpracować z innymi genami w obrębie tego samego gatunku — tej samej rzeki genów; aby przetrwać, musi być dobrym współtowarzyszem. Musi dobrze sobie radzić w towarzystwie czy też w środowisku innych genów w tej samej rzece. Geny odmiennych gatunków podróżują w różnych rzekach. Nie muszą dobrze ze sobą współdziałać — przynajmniej nie w tym sensie, co geny jednego gatunku — ponieważ już nigdy nie przyjdzie im dzielić tego samego organizmu[1][2*].

Poszczególne gatunki wyodrębnia to, iż każdy ma własną rzekę genów przekazywanych przez tworzące go osobniki, a każdy gen musi być przygotowany na to, by stać się dobrym towarzyszem wszystkich pozostałych genów z tej samej rzeki. Wszystkie nowe gatunki powstały przez rozdzielenie się na dwa już istniejącego gatunku. Po prostu rzeka genów rozwidla się w czasie. Z punktu widzenia genów powstanie nowego gatunku, czyli specjacja, to ostateczne pożegnanie z dawnymi współtowarzyszami. Po krótkim okresie częściowej separacji dwie rzeki rozdzielają się na dobre, żeby już nigdy nie połączyć swych nurtów. Zdarza się też, że jedna z nich z czasem wysycha i przestaje płynąć. Wody każdej z takich rzek mieszają się w obrębie rzecznego koryta dzięki wymianie genów w trakcie rozmnażania płciowego. Nigdy jednak nie występują z brzegów i nie wlewają się do koryta innej rzeki. Gdy raz nastąpi rozdzielenie dwóch gatunków, geny z obu grup nie będą już współtowarzyszami. Nigdy już nie przyjdzie im spotkać się ze sobą w jednym organizmie i nie muszą już być przygotowane na zgodną współpracę. Nie zajdzie już między nimi żaden stosunek, tak samo jak nie nastąpi stosunek płciowy między ich tymczasowymi nosicielami, czyli organizmami.

Dlaczego następuje rozdzielenie się gatunków? Co daje początek długiemu pożegnaniu genów? Co wywołuje rozwidlenie się koryta rzeki i powstanie dwóch odnóg, które oddalają się od siebie coraz bardziej, by już nigdy się nie spotkać? Można się spierać co do szczegółów, ale nikt nie ma wątpliwości, że jednym z najważniejszych czynników jest przypadkowa izolacja geograficzna. Wprawdzie rzeka genów płynie w czasie, ale fizyczne oddzielenie genów dokonuje się w realnych ciałach, a ciała te zajmują określone miejsca w przestrzeni. Szara wiewiórka z Ameryki Północnej byłaby w stanie skrzyżować się i wydać płodne potomstwo z szarą wiewiórką z Anglii[2], gdyby kiedykolwiek się spotkały; ale nigdy się nie spotkają. Rzeka genów szarej wiewiórki z Ameryki Północnej jest skutecznie oddzielona od rzeki genów szarej wiewiórki z Anglii pięcioma i pół tysiącem kilometrów oceanu. Te dwie grupy genów nigdy już nie staną się współtowarzyszami, chociaż prawdopodobnie wciąż posiadają zdolność współdziałania i mogłyby się sprawdzić jako zgodni lokatorzy jednego organizmu, gdyby tylko przytrafiła się okazja. Geny z obu grup powiedziały już sobie „do widzenia”, choć nie jest to jeszcze ostateczne pożegnanie. Wystarczy jednak kilka kolejnych tysięcy lat separacji i najprawdopodobniej obydwie rzeki oddalą się od siebie tak bardzo, że w przypadku spotkania wiewiórki amerykańskiej z angielską wymiana genów między nimi okaże się już niemożliwa. W tym przypadku „oddalą się od siebie” nie oznacza oddalenia w przestrzeni, ale oddalenie pod względem pokrewieństwa i biologicznej zgodności.

Podobnie musiała zapewne wyglądać historia wcześniejszego rozdzielenia się gatunków wiewiórki rudej [wiewiórki pospolitej — przyp. red.] i szarej. Wiewiórka szara z rudą nie mogą się krzyżować. W niektórych regionach Europy zasięg geograficzny obu gatunków obecnie częściowo się pokrywa i zapewne dochodzi do przypadkowych spotkań wiewiórek rudych z szarymi, choćby nad ich wspólnym przysmakiem — orzechami. Nie mogą one jednak ze sobą kopulować ani wydać na świat płodnego potomstwa. Ich genetyczne rzeki oddaliły się od siebie tak bardzo, że geny obu gatunków przestały być przystosowane do tego, by skutecznie współdziałać w ramach jednego organizmu. Wiele pokoleń temu wiewiórki szare i rude miały wspólnych przodków. Nastąpiła jednak geograficzna separacja dwóch grup, które przedzielił górski łańcuch, morze, a w końcu wody Atlantyku. W ten sposób dwa zespoły genów zaczęły funkcjonować całkowicie odrębnie. Separacja w przestrzeni przyniosła brak zgodności genów z obu grup. Zgodni współtowarzysze zamienili się w mniej zgodnych (czy też raczej okazałoby się, że nie są zbyt zgodni, gdyby doszło do skrzyżowania osobników z obydwu grup). Potem ci niezbyt zgodni współtowarzysze zamienili się w niezgodnych, aż wreszcie w ogóle przestali być współtowarzyszami. Ich pożegnanie jest ostateczne. Obu rzekom przeznaczone jest płynąć w osobnych korytach, które z czasem będą się od siebie coraz bardziej oddalać. Taką samą historię można opowiedzieć o rozstaniach znacznie odleglejszych w czasie, na przykład naszych przodków i przodków słoni, czy też przodków strusi (którzy byli też naszymi przodkami) i przodków skorpionów.

Rzeka DNA ma obecnie około trzydziestu milionów odnóg, bo na tyle szacuje się liczbę wszystkich gatunków na Ziemi. Ocenia się przy tym, że żyjące obecnie gatunki stanowią około jednego procenta całkowitej liczby gatunków, jakie kiedykolwiek występowały na naszej planecie. Z tego wynika, że rzeka DNA rozdzieliła się w trakcie swej wędrówki w czasie na około trzech miliardów odnóg. Istniejących obecnie trzydzieści milionów spośród nich już zawsze będzie płynąć własnymi, odrębnymi korytami. Wiele skazanych jest na podróż donikąd, ponieważ większość gatunków wymiera. Gdybyśmy spróbowali prześledzić bieg każdej z tych trzydziestu milionów odnóg w górę rzeki (cofając się w czasie), okazałoby się, że jedna po drugiej łączą się ze sobą i z innymi rzekami. Rzeka genów ludzkich łączy się z rzeką genów szympansich mniej więcej w tym samym czasie co rzeka genów gorylich, czyli około siedmiu milionów lat temu. Kilka milionów lat wcześniej nasza wspólna rzeka małp afrykańskich jest zasilona przez strumień genów orangutanów. Posuwając się nadal w górę nurtu, natrafilibyśmy na punkt połączenia się naszej rzeki z rzeką genów gibonich, która rozwidla się w przeciwnym kierunku na kilka gatunków gibonów i siamanga. Kontynuując tę podróż w przeszłość, moglibyśmy zaobserwować połączenie się rzek, które później rozdzieliły się w odnogi małp Starego Świata, małp Nowego Świata oraz lemurów z Madagaskaru. Cofając się jeszcze dalej, napotykamy inne rzeki prowadzące do głównych grup ssaków: gryzoni, kotów, nietoperzy, słoni. Kolejny etap to połączenie się z rzekami genów różnych rodzajów gadów, ptaków, płazów, ryb i bezkręgowców.

W tym miejscu należy zwrócić uwagę na jedną z pułapek, która powinna skłonić nas do ostrożności w posługiwaniu się rzeczną metaforą. Kiedy myślimy o rozwidleniu prowadzącym do wielkich grup ssaków, w porównaniu, powiedzmy, do odnogi szarej wiewiórki, łatwo ulec pokusie wyobrażenia sobie takiego rozwidlenia jako czegoś na wielką skalę, niczym Missisipi i Missouri. Przecież odnoga ssaków — rozumujemy — musi dzielić się i dzielić na kolejne odnogi, aż będzie ich tyle, ile jest wszystkich gatunków ssaków, od ryjówki po słonia afrykańskiego, od kretów pod ziemią po małpy wśród koron drzew. Ssacza odnoga rzeki genów ma zasilić tyle tysięcy innych odnóg, że łacno dajemy zwieść się wrażeniu, iż musi toczyć swe wody szerokim korytem, szerszym niż jej kolejne odnogi. Takie wyobrażenie jest jednak całkowicie błędne. Kiedy przodkowie wszystkich obecnych ssaków oddzielili się od niessaków, wydarzenie to nie było w żadnej mierze bardziej wyjątkowe niż jakikolwiek inny przypadek wyodrębnienia się nowego gatunku. Nowa, ssacza odnoga rzeki genów była zwykłym strumyczkiem, który dał początek małemu nocnemu stworzonku różniącemu się od swych niessaczych kuzynów niewiele bardziej niż wiewiórka ruda różni się od szarej. To, że naszego ssaczego przodka postrzegamy w ogóle jako ssaka, jest jedynie skutkiem patrzenia z perspektywy tysięcy lat, jakie upłynęły. W tamtym czasie był to po prostu jeszcze jeden nowy gatunek ssakokształtnego gada, nieróżniący się znacznie od kilkunastu innych małych ryjkowatych i owadożernych stworzonek stanowiących pokarm dinozaurów[3].

Tak samo pozbawione dramatyzmu musiały być wcześniejsze podziały między przodkami wszystkich wielkich grup zwierząt: kręgowców, mięczaków, skorupiaków, owadów, pierścienic, robaków płaskich, jamochłonów i tak dalej. Kiedy rzeka, która miała doprowadzić do wyodrębnienia się mięczaków i innych grup, oddzieliła się od rzeki późniejszych kręgowców, obydwie populacje tych robakokształtnych zapewne stworzeń były ze sobą na tyle spokrewnione, że mogły się krzyżować. Nie dochodziło do tego tylko dlatego, że obydwie grupy zostały przypadkowo odseparowane jakąś geograficzną przeszkodą, na przykład pasem suchego lądu rozdzielającym dwa połączone niegdyś akweny. Nikt nie mógł wówczas przypuszczać, że jedna z tych populacji da początek mięczakom, a druga kręgowcom. Dwie rzeki DNA były wtedy ledwie rozdzielonymi strumykami, a obie grupy zwierząt były praktycznie nieodróżnialne.

Zoologowie widzą to wszystko, ale zdarza się im o tym czasami zapomnieć, gdy zajmują się dużymi grupami zwierząt, takimi jak mięczaki czy kręgowce; ulegają wtedy pokusie myślenia o wyodrębnieniu się wielkich grup zwierząt jako o ważkich wydarzeniach w dziejach świata ożywionego. Naukowcy dają się zwieść takim wyobrażeniom, ponieważ zostali wychowani w niemal nabożnej czci dla koncepcji głoszącej, iż każdy wielki podział w królestwie zwierząt musiał wiązać się z czymś unikalnym, określanym często niemieckim terminem Bauplan. Chociaż słowo to znaczy to samo, co angielskie blueprint (plan, projekt), zostało zapożyczone do języka angielskiego i funkcjonuje jako uznany fachowy termin. Sam też będę się tu nim posługiwał (mimo że — ku mojemu zdziwieniu — nie znalazłem go w najnowszym wydaniu Oxford English Dictionary). W swoim naukowych znaczeniu termin „bauplan” tłumaczony jest często jako „fundamentalny plan budowy organizmu”. To właśnie użycie słowa „fundamentalny” (czy też, co wychodzi na to samo, nieśmiałe uciekanie się do niemieckiego, by wskazać na „gruntowność” jakiegoś zjawiska) jest całą przyczyną zamieszania. Tym można tłumaczyć poważne błędy, jakie zdarza się popełniać zoologom.

Jeden z zoologów wysunął na przykład tezę, jakoby ewolucja w okresie kambryjskim — od około sześciuset do pięciuset milionów lat temu — przebiegała całkowicie odmiennie niż w epokach późniejszych. Jego rozumowanie opierało się na obserwacji, iż obecnie wyodrębniają się wyłącznie nowe gatunki zwierząt, podczas gdy kambr był świadkiem narodzin wielkich grup zwierząt, takich jak mięczaki i skorupiaki. Nic bardziej błędnego! Nawet stworzenia tak bardzo różne od siebie jak mięczaki i skorupiaki były początkowo jedynie dwiema populacjami tego samego gatunku, oddzielonymi od siebie barierą geograficzną. Przez pewien czas osobniki z jednej i drugiej populacji były nawet w stanie krzyżować się ze sobą, gdyby tylko miały okazję się spotkać. Dopiero po milionach lat niezależnej ewolucji obie populacje nabrały cech, które my, z perspektywy współczesnej wiedzy zoologicznej, przypisujemy jednej z dwóch wielkich grup zwierząt — skorupiakom bądź mięczakom. To właśnie te charakterystyczne cechy zostały nazwane dumnym mianem „fundamentalnego planu budowy organizmu”; oto „bauplan”. Jednakże nie wolno zapominać, że nawet zasadniczo odmienne plany budowy występujące w świecie zwierząt miały wspólny początek i powstały na drodze drobnych, powolnych zmian.

Istnieją oczywiście (bardziej nagłaśniane niż istotne z naukowego punktu widzenia) kontrowersje dotyczące tego, czy ewolucja zachodziła stopniowo, czy też raczej „skokami”. Nikt jednak nie posuwa się do tego by twierdzić, że w ramach jednego dużego ewolucyjnego skoku mógł zostać wynaleziony cały nowy bauplan. Wspomniany wyżej zoolog przedstawił swoją hipotezę w roku 1958, niewielu zoologów dzisiaj byłoby gotowych podpisać się pod jego poglądami. Zdarza im się to jednak czynić nie wprost i można czasem usłyszeć, że wielkie grupy zwierząt wyodrębniły się w sposób spontaniczny od razu w gotowej postaci, niczym Atena wyskakująca z głowy Zeusa, a nie na drodze stopniowego różnicowania się populacji ich przodków ewoluujących w geograficznej izolacji[3*].

Najnowsze osiągnięcia biologii molekularnej dowodzą, że wielkie grupy taksonomiczne zwierząt są ze sobą znacznie bliżej spokrewnione, niż zwykło się uważać. Kod genetyczny można sobie wyobrażać jako słownik, w którym sześćdziesiąt cztery słowa w jednym języku (sześćdziesiąt cztery możliwe kombinacje trójkowe — tryplety — z czteroliterowego alfabetu) są przekładane na dwadzieścia jeden słów w innym języku (dwadzieścia aminokwasów plus znak kropki). Prawdopodobieństwo wystąpienia dwukrotnie identycznego przekładu 64 znaków na 21 jest mniejsze niż jeden do miliona milionów milionów milionów milionów. A przecież kod genetyczny u wszystkich zwierząt, roślin i bakterii, które kiedykolwiek były poddane badaniom, jest dokładnie taki sam. Wszystkie stworzenia żyjące na Ziemi pochodzą bez najmniejszych wątpliwości od jednego przodka. Nikt nie podważa tego twierdzenia. Ostatnio zresztą ujawniły się zadziwiające podobieństwa (pomiędzy na przykład owadami i kręgowcami) nie tylko pod względem samego kodu genetycznego, lecz także w poszczególnych sekwencjach genetycznej informacji. Owady na przykład posiadają bardzo skomplikowany mechanizm genetyczny odpowiedzialny za segmentową budowę ich ciała. Zaskakująco podobny fragment genetycznej maszynerii odkryto również u ssaków. Z molekularnego punktu widzenia wszystkie zwierzęta, a nawet zwierzęta i rośliny, są bardzo bliskimi krewnymi. Trzeba cofnąć się aż do bakterii, by odnaleźć naszych odległych kuzynów, lecz nawet wówczas sam kod genetyczny pozostaje jednakowy. Tak precyzyjne porównywanie kodów genetycznych jest możliwe, ponieważ mają one ściśle cyfrową postać, w przeciwieństwie do anatomicznego planu budowy organizmów. A cyfry czy symbole to coś, co da się dokładnie policzyć. Tak więc rzeka genów to rzeka cyfrowa.

Myślę, że w tym miejscu powinienem wyjaśnić, co kryje się pod tym technicznym terminem. Inżynierowie ściśle odróżniają kody cyfrowe od analogowych. Działanie gramofonu, magnetofonu (i jeszcze ciągle niewielkiej części telefonów) opiera się na kodzie analogowym; odtwarzacze płyt kompaktowych, komputery i większość nowoczesnych sieci telefonicznych wykorzystują kod cyfrowy. W analogowych sieciach telefonicznych drgania wywołujące fale zaburzeń ciśnienia powietrza (czyli dźwięki) przetwarzane są na odpowiadające im fale napięcia prądu elektrycznego płynącego w przewodach. Na podobnej zasadzie działa gramofon: rowki płyty gramofonowej wprawiają igłę w drgania, a te przetwarzane są na odpowiadające im zmiany napięcia. Po drugiej stronie przewodu — w słuchawce telefonu lub w głośniku adaptera — sygnał elektryczny przetwarzany jest z powrotem w odpowiadającą mu falę akustyczną, dzięki czemu słyszymy dźwięki. Kodowanie odbywa się w sposób prosty i bezpośredni — prąd elektryczny płynący w przewodzie odpowiada falom niższego i wyższego ciśnienia w powietrzu. Wszystkie możliwe wartości napięcia (w określonych granicach) mogą przejść przez przewód, a różnice między nimi są słyszalne.

W systemach cyfrowych przez przewód telefoniczny może zostać przesłany sygnał elektryczny o dwóch lub większej, na przykład 8 albo 256, możliwych wartościach. Zawsze jednak jest to sygnał dyskretny (nieciągły). Informacja zawarta jest nie w wartości napięcia, ale w kodzie, który generują jego nieciągłe poziomy. To właśnie określamy mianem Pulse Code Modulation. Rzeczywisty poziom napięcia rzadko kiedy odpowiada jednej z – powiedzmy ośmiu — dopuszczalnych wartości, ale odbiornik dokonuje zaokrąglenia do najbardziej zbliżonej z wartości znamionowych. Dzięki temu wierność sygnału akustycznego otrzymanego na końcu linii zbliżona jest do doskonałości, nawet jeżeli transmisji towarzyszyły zakłócenia. Należy jedynie zadbać o to, by dyskretne wartości sygnału zostały ustalone na poziomach dość od siebie odległych, co powinno uniemożliwić błędną interpretację przez odbiornik przypadkowych skoków napięcia. Odporność na zakłócenia transmisji decyduje o wielkiej przewadze kodów cyfrowych nad analogowymi, dlatego też są one coraz powszechniej wykorzystywane w systemach audio, video i wszelkich technologiach związanych z przetwarzaniem informacji. Dotyczy to oczywiście też komputerów, których działanie w całości opiera się na kodowaniu cyfrowym. Dla wygody w komputerach stosuje się kod binarny, z dwiema dopuszczalnymi wartościami, zamiast 8 czy 256. Nawet jednak w telefonach wykorzystujących system cyfrowy dźwięki odbierane przez słuchawkę i wydobywające się z niej są sygnałem analogowym, złożonym z fal wywołanych drganiem cząsteczek powietrza. To jedynie informacja wędrująca od urządzenia nadawczego do odbiorczego ma postać cyfrową. Trzeba posłużyć się jakimś rodzajem kodu, żeby przełożyć wartości analogowe, mikrosekunda po mikrosekundzie, na sygnał dyskretny złożony z impulsów, czyli cyfrowo zakodowanych wartości. Kiedy prowadzisz przez telefon jedną z tych „poważnych” rozmów z ukochanym (lub ukochaną), każda zmiana tonu, każdy okrzyk i westchnienie, wszystkie możliwe barwy głosu, przenoszone są wzdłuż przewodów w postaci cyfr. Tak właśnie ciąg cyfr może wzruszyć cię do łez, jeżeli tylko jest dostatecznie szybko kodowany i rozkodowywany. Nowoczesne centrale elektroniczne działają tak wydajnie, że czas na linii może być dzielony na kawałeczki, mniej więcej tak, jak mistrz szachowy w trakcie symultanki dzieli swą uwagę na dwadzieścia szachownic. Oznacza to, że na jednej linii można prowadzić równocześnie tysiące rozmów, przy czym elektroniczny system segregacji zapewnia, że nie zakłócają się one wzajem. Główna linia transmisji informacji jest więc szeroką rzeką cyfr. Obecnie często zamiast przez tradycyjny kabel sygnał przesyłany jest za pośrednictwem fal radiowych transmitowanych bezpośrednio między stacjami nadawczo-odbiorczymi lub za pomocą satelitów telekomunikacyjnych. W rzeczywistości zatem, ze względu na elektroniczny system segregacji, taka cyfrowa rzeka składa się więc z tysięcy osobnych rzek. Każda z nich odpowiada osobnej rozmowie i płynie niezależnie od innych, z którymi dzieli jedynie „koryto” — kabel lub wiązkę fal radiowych. To trochę tak jak z rudą i szarą wiewiórką, które mogą dzielić to samo drzewo, ale nigdy nie wymieniają się genami.

Wróćmy jeszcze do świata techniki. Należy sobie uświadomić, że niedoskonałości przekazu analogowego nie odgrywają większej roli, dopóki przekaz ten nie jest zwielokrotniony. Dźwięk na kasecie magnetofonowej może mieć tak niski poziom szumów, że będą one niemal niesłyszalne, chyba że uruchomimy wzmacniacz, który potęguje również szumy oraz dodaje nowe zakłócenia. Jeżeli jednak przegramy kasetę na drugą, a później na trzecią, czwartą i tak dalej, to po stu „pokoleniach” nagrań pozostanie nam tylko jeden wielki szum. To właśnie zjawisko było poważnym problemem w czasach, gdy wszystkie telefony działały w systemie analogowym. Każdy sygnał telefoniczny transmitowany kablem na znaczną odległość zanika po pewnym czasie i musi być wzmacniany co około dwustu kilometrów. W epoce analogowej stanowiło to prawdziwą zmorę, gdyż jakiekolwiek wzmocnienie sygnału oznaczało zwiększenie szumów w tle. Sygnały cyfrowe też wymagają wzmacniania, tyle że w tym przypadku nie wprowadza ono — z powodów, które poznaliśmy wyżej — żadnych dodatkowych zakłóceń. Kod cyfrowy można zaprogramować tak, by sygnał był przekazywany całkowicie wiernie, niezależnie od tego, ile razy musi być wzmacniany po drodze. Szum nie wzrasta nawet po setkach czy tysiącach przebytych przez sygnał kilometrów.

Kiedy byłem małym chłopcem, matka wyjaśniała mi, że komórki nerwowe to jakby przewody telefoniczne w organizmie. Pozostaje pytanie, czy przesyłają sygnał cyfrowy czy analogowy? Odpowiedź brzmi: to bardzo ciekawy przykład połączenia obu systemów. Komórka nerwowa słabo przypomina przewód elektryczny. To raczej bardzo cienka i wydłużona kolba, wzdłuż której przemieszczają się fale w postaci zaburzeń chemicznych. Przypomina to już raczej usypaną z prochu strzelniczego linię, która niczym lont stopniowo dopala się, przekazując coraz dalej swój syczący, wybuchowy sygnał. Różnica polega na tym, że nerw — w przeciwieństwie do lontu — może po krótkiej chwili odpoczynku ponownie przekazywać chemiczny sygnał. Całkowita wielkość fali — temperatura prochu strzelniczego — może zmieniać się w czasie podróży wzdłuż nerwu, nie ma to jednak wpływu na przekaz. Kod cyfrowy ignoruje te wahania. Istotne jest tylko, czy chemiczny impuls dotrze, czy nie, podobnie jak dyskretny sygnał złożony z dwóch wartości napięć w telefonach w systemie cyfrowym. W tym sensie system nerwowy korzysta z sygnału cyfrowego. Impulsy nerwowe nie są jednak przetwarzane w sztywny kod bitów informacji, nie tworzą razem dyskretnego kodu cyfr. Za to natężenie bodźca (głośność dźwięku, jasność światła, a może nawet agonia uczucia) kodowane jest w postaci szybkości impulsów. W inżynierii określa się to mianem Pulse Frequency Modulation i chętnie stosowano tę technikę, zanim nie zastąpiła jej Pulse Code Modulation.

Natężenie impulsów stanowi wielkość analogową, podczas gdy sam impuls z definicji ma charakter cyfrowy — albo jest, albo go nie ma, tertium non datur. System nerwowy odnosi z tego takie same korzyści, jak każdy inny system wykorzystujący sygnał cyfrowy (zdigitalizowany). Ze względu na sposób działania komórek nerwowych można mówić wręcz o swoistym odpowiedniku wzmacniaczy cyfrowych sygnałów telefonicznych, z tą jednak różnicą, że wzmocnianie sygnału następuje nie co dwieście kilometrów, lecz co milimetr. Między koniuszkiem palca dłoni a splotem słonecznym znajduje się osiemset takich wzmacniaczy. Jeżeli nasz system nerwowy dopuściłby do zakłócenia wartości impulsu, ich wielokrotne wzmocnienie na długości całego ramienia (a pomyślmy o szyi żyrafy!) całkowicie zagłuszyłyby przenoszoną informację. Na każdym etapie do początkowego przekazu dołączane by były przypadkowe błędy, podobnie jak zwielokrotnia się poziom szumów przy przegrywaniu osiemset razy tego samego nagrania z kasety na kasetę. Równie dobrze można wyobrazić sobie wykonywanie kserokopii kserokopii z kserokopii. Po ośmiuset „pokoleniach” takich kopii na kartce nie byłoby nic poza szarawą kaszą. Jedynym ratunkiem dla układu nerwowego było kodowanie cyfrowe i takie rozwiązanie zostało wynalezione na drodze doboru naturalnego. Tak właśnie działają geny.

Francis Crick i James Watson, odkrywcy molekularnej budowy genu, zasłużyli sobie w moim przekonaniu na pamięć u potomnych przynajmniej w tym samym stopniu, co Arystoteles czy Platon. Obaj ci uczeni otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie „fizjologii i medycyny”, co, choć zgodne ze stanem faktycznym i regułami, brzmi w ich przypadku nazbyt banalnie. Mówienie o nieustającej rewolucji grozi narażeniem się na zarzut stosowania terminologii wewnętrznie sprzecznej. Jakże jednak inaczej nazwać to, co się dzieje nie tylko w medycynie, ale i w całej nauce zajmującej się problemem zrozumienia natury życia, wstrząsanej kolejnymi odkryciami określanymi jako rewolucyjne; wszystkie te odkrycia stanowią zaś bezpośrednią konsekwencję przełomu, jaki zapoczątkowali ci dwaj młodzi (wówczas) ludzie w 1953 roku. Same geny i choroby o podłożu genetycznym to jedynie wierzchołek góry lodowej. Naprawdę rewolucyjne w biologii molekularnej ery postwatsonowsko-crickowskiej jest to, jak nauka ta została zdigitalizowana.

Od czasów Watsona i Cricka wiemy, że same geny pod względem szczegółowej budowy wewnętrznej są długimi łańcuchami cyfrowo zapisanej informacji w czystej postaci. Są cyfrowe w pełnym znaczeniu tego słowa, tak jak komputery czy płyty kompaktowe, a nie tylko na poły cyfrowe na modłę układu nerwowego. Kod genetyczny nie jest dwójkowy, jak w komputerach, ani ósemkowy, jak w niektórych systemach telefonicznych, tylko czwórkowy, operuje bowiem czterema symbolami. System kodowania genów jest zadziwiająco podobny do kodowania binarnego stosowanego w komputerach. Gdyby nie pewne różnice w fachowym żargonie, specjalistyczne artykuły poświęcone biologii molekularnej mogłyby z powodzeniem być mylone z tekstami informatycznymi. Poza wieloma innymi konsekwencjami rewolucja cyfrowa, która nastąpiła w samym sercu nauki o życiu, zadała śmiertelny cios witalizmowi, przekonaniu jakoby istniało coś, co w sposób zasadniczy i fundamentalny odróżnia materię ożywioną od nieożywionej. Aż do roku 1953 można było wierzyć w istnienie niepowtarzalnego i tajemniczego składnika w żywej protoplazmie. Po tej dacie już nie. Filozofowie o skłonnościach do mechanistycznego pojmowania tajemnicy życia nie śmieli nawet myśleć, że pewnego dnia w sposób tak przekonujący spełnią się ich najskrytsze marzenia.

Historia, którą opowiem poniżej, to dzisiaj jeszcze fantastyka naukowa, ale wystarczy całkiem nieznaczny postęp w inżynierii genetycznej, by okazała się całkiem prawdopodobna. Oto zatem nasza opowieść: profesor Jim Crickson zostaje porwany przez agentów wrogiego mocarstwa i zmuszony do pracy w laboratorium biologicznym prowadzącym badania na potrzeby wojska. Żeby uratować całą cywilizację, ten wielki oczony musi koniecznie przekazać na zewnątrz ściśle tajne informacje, jednak odcięty jest od wszystkich normalnych kanałów komunikacji. Pozostaje tylko jeden sposób. Kod DNA składa się z sześćdziesięciu czterech trypletów zwanych też kodonami. Jest to liczba wystarczająca, żeby za jej pomocą przedstawić wszystkie duże i małe litery angielskiego alfabetu plus dziesięć liczebników, znak spacji oraz kropkę. Profesor Crickson bierze więc z półki laboratorium wirus grypy, wprowadza do jego genomu zaszyfrowany w postaci kodonów tekst swojego ostrzeżenia dla świata, posługując się przy tym całkowicie poprawnymi angielskimi zdaniami. Powtarza wielokrotnie tę wiadomość w poddanym zabiegowi inżynierii genetycznej genomie, a na początku dodaje sekwencję rozpoznawczą, na przykład w postaci dziesięciu cyfr. Następnie zaraża się wirusem i kicha na swoich strażników. Ci czasem wracają do domów i wkrótce zarazek grypy rozprzestrzenia się po świecie. Laboratoria medyczne na całej kuli ziemskiej rozpoczynają badanie genomu nowego chorobotwórczego wirusa w celu znalezienia szczepionki. Szybko zostaje odkryty osobliwy, powtarzający się w genomie ciąg znaków. Ktoś zwraca uwagę na początkową sekwencję złożoną z następujących po sobie cyfr, która w żaden sposób nie mogła powstać spontanicznie, bez ingerencji człowieka. Teraz trzeba tylko uruchomić procedurę łamania szyfru, by wkrótce pełna treść ostrzeżenia profesora Cricksona została odczytana. Wystarczył tekst, którym profesor zaraził świat drogą kropelkową.

Nasz kod genetyczny, kod uniwersalny dla całego ożywionego świata, ma charakter cyfrowy pod każdym względem. Z dokładnością co do słowa i sylaby można by zakodować cały Nowy Testament, wykorzystując te fragmenty ludzkiego genomu, które obecnie są wypełnione „niemym” („śmieciowym”) DNA, czyli DNA niewykorzystywanym — przynajmniej w zwykły sposób — przez organizm. Każda komórka ludzkiego ciała zawiera jakby ekwiwalent czterdziestu sześciu niesłychanie pojemnych taśm magnetycznych do zapisu danych w postaci cyfrowych symboli, które przewijają się przez liczne, pracujące równocześnie głowice czytników. W każdej komórce taśmy te — chromosomy — są nośnikami tych samych informacji, ale głowice odczytujące w różnych rodzajach komórek ustawione są na wyszukiwanie fragmentów danych odpowiednich dla ich wyspecjalizowanych zadań. To właśnie sprawia, że komórki mięśni różnią się od komórek wątroby. Nie ma żadnej metafizycznej siły sprawczej, żadnego spiritus movens w postaci rytmicznie pulsującej, pobudzającej do życia, plazmatycznej i mistycznej galarety. Życie to nic innego tylko bity, setki tysięcy bitów cyfrowej informacji.

Geny to czysta informacja, która może być kodowana oraz rozkodowywana bez żadnych zakłóceń i zmian znaczenia. Czysta informacja–dzięki temu, że ma postać cyfrową — może być wielokrotnie powielona z zachowaniem doskonałej wierności kolejnych kopii. Znaki kodu DNA są kopiowane z dokładnością, której mogą pozazdrościć inżynierowie wyposażeni w najbardziej wyrafinowane narzędzia współczesnej techniki. Kod powielany jest bezbłędnie przez wiele pokoleń, a liczba sporadycznych błędów jest akurat taka, by zapewnić zróżnicowanie genetycznej informacji. Wśród tej różnorodności zakodowane kombinacje, które występują najliczniej, w sposób automatyczny i nieunikniony stają się tymi, które po zdekodowaniu wewnątrz organizmów programują je tak, by przechowywały i powielały tę samą genetyczną informację. Ludzie, tak samo jak wszystkie inne organizmy, są żyjącymi maszynami zaprogramowanymi na powielanie cyfrowej bazy danych, która ich programuje. Darwinizm może być obecnie postrzegany jako dobór naturalny form żywych na poziomie czystego, cyfrowego kodu.

Z perspektywy widać, że nie mogło być inaczej. Można sobie wprawdzie wyobrazić analogowy system genetyczny, ale mieliśmy już okazję zobaczyć, co dzieje się z analogową informacją przekazywaną kolejnym pokoleniom. Wygląda to zupełnie tak, jak zabawa w głuchy telefon. Wzmacniany sygnał telefoniczny, kopiowane wielokrotnie nagrania magnetofonowe, kserokopie z kserokopii — wszystko to są przykłady, jakim zniekształceniom ulega informacja nadawana w sposób analogowy wskutek kumulowania się zakłóceń towarzyszących każdemu powieleniu. Stąd też w przypadku systemów analogowych powielanie informacji jest ograniczone do niezbyt wielkiej liczby generacji. Geny zaś mogą się powielać przez dziesiątki milionów pokoleń niemal bez żadnych zmian. Ewolucja w rozumieniu darwinowskim jest możliwa tylko dlatego, że — poza dyskretnymi mutacjami, które na drodze naturalnej selekcji są albo odrzucane, albo zachowywane–proces przekazywania genetycznej informacji odbywa się z idealną precyzją. Jedynie cyfrowy system genetyczny mógł podtrzymać ewolucję przez całe eony geologicznego czasu. Rok 1953, rok podwójnej spirali, przejdzie do historii nie tylko jako koniec mistycznych i obskuranckich poglądów na istotę życia, lecz także jako rok ostatecznego triumfu zdigitalizowanej wizji darwinizmu.

Rzeka cyfrowej informacji w czystej postaci, majestatycznie płynąca przez geologiczne epoki i rozdzielająca się na trzy miliardy odnóg, to wizja, która może działać na wyobraźnię. Jak jednak ją odnieść do bliskich nam i widzialnych form życia? Gdzie wzdłuż biegu rzeki genów powstają ciała, ręce i nogi, oczy, mózgi i czułki, liście, pnie i korzenie? Gdzie jesteśmy my — żywe organizmy wraz z naszymi narządami? Czy my — zwierzęta, rośliny, pierwotniaki, grzyby, bakterie–wyznaczamy koryta, którymi płyną strumienie genetycznych danych? Z jednej strony — tak. Z drugiej jednak, o czym już wyżej mówiłem, problem jest bardziej złożony. Geny nie tylko replikują się, by ich kopie mogły płynąć w czasie poprzez kolejne generacje. One również w zupełnie namacalny i rzeczywisty sposób przebywają przez cały czas w organizmach. Wpływają na budowę, procesy życiowe i zachowania poszczególnych organizmów, w których przyszło im przebywać w tej wędrówce przez pokolenia. A i same organizmy nie są bez znaczenia.

Organizm jakiegokolwiek zwierzęcia, dajmy na to białego niedźwiedzia, nie jest po prostu korytem cyfrowego strumienia. Jest również skomplikowaną maszynerią na niedźwiedzią skalę. Wszystkie geny całej populacji białych niedźwiedzi tworzą zgrany kolektyw współtowarzyszy podróży w czasie, którzy wciąż natykają się na siebie. Żaden z członków kolektywu nie przebywa jednak stale w kompanii wszystkich pozostałych współtowarzyszy, co jakiś czas bowiem następuje wymiana tymczasowych partnerów, którym przyszło współdziałać w tym samym organizmie. Kolektyw można zdefiniować jako zespół genów — współtowarzyszy, którzy mogą zetknąć się w trakcie wspólnej podróży w czasie, natomiast nigdy nie zetkną się z członkami któregoś z pozostałych trzydziestu milionów kolektywów. Do spotkania genów z jednej wspólnoty dochodzi zawsze w organizmie konkretnego osobnika, w przypadku kolektywu z naszego przykładu: białego niedźwiedzia.

Sam organizm natomiast nie jest wyłącznie biernym pośrednikiem w przekazywaniu DNA. Na początek dobrze jest uświadomić sobie, jak niewyobrażalnie wielka jest liczba komórek, z których każda posiada pełny zestaw genów. W przypadku dużego samca niedźwiedzia polarnego to dziewięćset milionów milionów. Gdyby komórki, z których zbudowane jest ciało pojedynczego osobnika, ustawić jedna za drugą, utworzyłyby szereg ponad dwa razy dłuższy niż odległość od Ziemi do Księżyca. Komórki te dzielą się na kilkaset typów, takich jak komórki mięśniowe, nerwowe, kostne i naskórkowe, wspólnych dla wszystkich gatunków ssaków. Komórki jednego typu łączą się w tkanki: mięśniową, kostną i tak dalej. Wszystkie komórki, niezależnie od specjalizacji, posiadają genetyczne instrukcje dla wszystkich typów komórek występujących w ramach danego organizmu. Rzecz w tym, że tylko geny właściwe dla tkanki, którą tworzy dana komórka są „włączone”. Dzięki temu komórki budujące poszczególne tkanki mają różną budowę i właściwości, mimo że wyposażone są w ten sam zestaw genów. Co więcej, owe geny „włączone” w komórkach określonego typu programują nie tylko strukturę samych komórek, ale też wzrost i budowę odpowiednich tkanek. Wszak kości nie są bezkształtnym zlepkiem sztywnych osteocytów. Mają określony kształt, puste przestrzenie, chrząstki stawowe, wyrostki, kręgi. Komórki są programowane przez włączone w ich wnętrzu geny tak, że funkcjonują niejako ze świadomością swego miejsca wśród komórek sąsiednich. Dzięki tej właściwości zdolne są do tworzenia w sposób jakby planowy skomplikowanych tkanek i narządów, płatków usznych, zastawek sercowych, gałek ocznych czy różnych typów mięśni.

Złożona budowa organizmu tak wysoko rozwiniętego jak niedźwiedź polarny ma charakter wielopoziomowy. Ciało składa się z wielu precyzyjnie dopasowanych i skomplikowanych narządów, takich jak wątroba, nerki i kości. Każdy organ sam w sobie jest skomplikowaną konstrukcją, której budulcem są tkanki złożone z cegiełek w postaci komórek. Cegiełki te mogą być układane warstwami, mogą też tworzyć jednorodną masę. Z kolei same komórki, mimo mikroskopijnych rozmiarów, również mają skomplikowaną budowę. Wnętrze każdej podzielone jest specjalnymi błonami, zwanymi błonami plazmatycznymi. W rozgraniczonych błonami i wypełnionych płynem obszarach komórki zachodzi mnóstwo różnorodnych i niezwykle złożonych reakcji chemicznych. W laboratorium chemicznym jakiegoś wielkiego koncernu można przeprowadzać jednocześnie kilkaset różnych reakcji chemicznych. Związki uczestniczące w tych reakcjach są od siebie oddzielone szklanymi ściankami kolb, butli i probówek. W żywej komórce również może jednocześnie zachodzić podobna liczba reakcji. Błony plazmatyczne spełniają w takim ujęciu funkcję szkła laboratoryjnego. Jednak przynajmniej z dwóch powodów porównanie takie jest niedoskonałe. Po pierwsze, oprócz reakcji licznie zachodzących wewnątrz wydzielonych przestrzeni komórkowych, dużo reakcji ma miejsce na samych błonach. Po drugie, w przypadku komórki o wiele ważniejsza od oddzielenia fizycznego w postaci błony jest separacja chemiczna. Każda bowiem reakcja chemiczna w komórce katalizowana jest przez właściwy dla niej enzym.

Enzym to cząsteczka o skomplikowanej, trójwymiarowej budowie, która przyspiesza zachodzenie w komórce reakcji chemicznych określonego typu. Ponieważ w przypadku cząsteczek organicznych istotne znaczenie ma struktura przestrzenna, enzym możemy sobie wyobrażać jako dużą, starannie zaprojektowaną maszynę, element linii produkcyjnej cząsteczek o ściśle określonym kształcie. Dzięki temu w dowolnej komórce mogą zachodzić równocześnie, na niezależnych od siebie „liniach produkcyjnych”, setki różnych reakcji chemicznych obsługiwanych przez wyspecjalizowane enzymy. To, jakie konkretnie reakcje chemiczne zachodzą w danej komórce, zależy od aktywnych w niej enzymów. Za budowę każdej cząsteczki enzymu, łącznie z tak ważną strukturą przestrzenną, odpowiedzialny jest osobny gen. Sekwencja kilkuset znaków kodu w danym genie za pomocą dobrze znanych reguł (kod genetyczny) określa sekwencję aminokwasów w cząsteczce enzymu. Każdy enzym składa się z łańcuchów aminokwasów, które łączą się ze sobą, tworząc unikalną przestrzenną strukturę, niczym przeplatane odcinki sznura budującego węzeł. Przestrzenna struktura poszczególnych trójwymiarowych węzłów jest precyzyjnie określona przez jednowymiarową sekwencję aminokwasów, a co za tym idzie, przez jednowymiarową sekwencję znaków kodu w genie. W ten oto sposób to, jakie reakcje chemiczne zachodzą w danej komórce, zależy od tego, które z genów całego DNA są w niej uruchomione.

Co w takim razie decyduje, jakie geny w poszczególnych komórkach są włączone, a jakie wyłączone? Określają to substancje chemiczne już obecne w komórce. Jest w tym coś z paradoksu jaja i kury. W tym jednak przypadku da się uniknąć pytania, co było pierwsze. Rozwiązanie opiera się na bardzo prostej zasadzie, chociaż w szczegółach jest nieco skomplikowane. Informatycy określają taką procedurę mianem ładowania systemu. Kiedy pierwszy raz zacząłem posługiwać się komputerami, a było to w latach sześćdziesiątych, wszystkie programy musiały być ładowane za pomocą taśm perforowanych. (W Ameryce zamiast taśm używano kart, ale zasada była ta sama.) Zanim można było zacząć ładować program użytkowy zapisany na długiej taśmie, należało wgrać programik nazywany bootstrap loader. Miał on jedno zadanie: wprowadzić do komputera instrukcje odczytywania papierowych taśm. Ale — i tu mamy do czynienia z paradoksem jaja i kury — jak miał być załadowany sam bootstrap loader, skoro też był na papierowej taśmie? We współczesnych komputerach odpowiednik bootstrap loadera jest zainstalowany sprzętowo, ale w tamtych zamierzchłych z punktu widzenia informatyki czasach trzeba było zacząć od ustawienia przełączników według z góry zakodowanej sekwencji. Taka sekwencja mówiła komputerowi, jak ma rozpocząć odczytywanie pierwszej części taśmy z programikiem ładującym. Następnie pierwsza część programu udzielała instrukcji, jak odczytywać dalszą, i tak dalej. Po przejściu całej taśmy z programem ładującym komputer potrafił już odczytać dowolną taśmę perforowaną i wreszcie był gotowy do pracy.

Początek zarodkowi daje pojedyncza zapłodniona komórka jajowa — zygota. Dzieli się ona na dwie komórki, a każda z nich dzieli się znowu na dwie. Z czterech komórek powstaje osiem, z ośmiu szesnaście. Z pokolenia na pokolenie liczba rośnie wykładniczo, tak że po kilkunastu podziałach osiąga wielkość rzędu trylionów. Gdyby to jednak była cała tajemnica rozwoju organizmów, mielibyśmy tryliony identycznych komórek. Jak więc to się dzieje, że przy kolejnych podziałach powstają wyspecjalizowane komórki wątroby, mięśni, nerek, w których uruchomione są różne grupy genów i działają różne enzymy? Odpowiedź brzmi: tak jak w przypadku ładowania systemu w komputerze. Chociaż zapłodnione jajo wygląda na symetryczną kulę, w rzeczywistości jest wewnętrznie zróżnicowane, posiada bowiem chemicznie warunkowane bieguny. Ma też chemicznie zdefiniowaną górę i dół, a również przód i tył, a co za tym idzie prawą i lewą stronę. Stężenie pewnych substancji chemicznych stale wzrasta wraz z przesuwaniem się z dołu do góry, innych — przy przemieszczaniu z tyłu do przodu. Te pierwsze wskaźniki orientujące przestrzennie pierwotną komórkę są dosyć proste, wystarczają jednak na początkowym etapie programowania systemu.

Wyobraźmy sobie