Skip to content

Om proteiner och nya funktioner

februari 12, 2017

Min diskussion med Göran Schmidt, del 4

En central fråga inom evolutionsbiologin är den om hur organismer utvecklar nya funktioner, något de måste kunna göra om evolutionsteorin är korrekt. Detta är givetvis en fråga evolutionskritiker riktar in sig på; kan man visa att nya funktioner inte kan utvecklas faller teorin. Den här delen av diskussionen gäller frågan om mutationer kan göra att proteiner byter funktion. Det visar sig att detta faktiskt är möjligt, och att det kan räcka med en enda mutation för att en funktion skall förändras. Men detta passar inte Göran Schmidt, så han hävdar i sin tredje artikel att de här resultaten på något sätt ändå inte skulle räknas.

Göran Schmidt inleder sin artikel med att göra en skarp distinktion mellan mikroevolution – småskaliga förändringar man direkt kan se – och makroevolution, den storskaliga process som ligger bakom bildandet av nya djurgrupper. Och den går givetvis inte att se eftersom evolution på den här skalan är en långsam process. Den kunskap vi idag har visar emellertid att det rör sig om samma process, men i olika skala (se här). Göran Schmidt kommer inte med någon evidens för att det skulle vara helt olika saker, men skriver att makroevolution är ”… en obevisad hypotes, som trots sin långsökthet okritiskt accepterats …”. Nu ”bevisar” man ingenting inom vetenskapen, utan man belägger hypoteser. Och de belägg vi har från systematik, jämförande anatomi, embryologi, paleontologi, biogeografi och genetik visar samstämmigt att en storskalig evolution faktiskt ägt rum (se här och här). Det finns vad jag vet inte heller några observationer eller principer som skulle förbjuda ett sammanhang mellan mikro- och makroevolution.

Sedan kommer Göran Schmidt in på frågan om hur de första proteinerna uppkom. Det här vet ingen, och jag inte sett att någon påstår sig veta det heller. Noga taget hör frågan om livets uppkomst inte till biologin, som studerar levande organismer. Under de senaste decennierna har det dock bildats ett parallellt forskningsfält, kemisk evolution, som studerar frågan om livets ursprung. Ändå tröttnar inte kreationister på att dra fram temat, troligen för att de vet att vetenskapen inte har några säkra svar. Det går det alltid att göra retoriska poäng på.

Ett ofta använt argument för att visa att livet inte kan ha uppstått i en evolutionär process är att proteiner är så ofantligt osannolika. Om vi tänker oss ett protein som består av en viss sekvens av 150 aminosyror finns det ungefär 10195 olika möjliga kombinationer av aminosyror för en kedja av den längden. Det är ett helt ofattbart stort tal. Man kan också släppa på kravet på en få en specifik sekvens, och uppskatta hur många av dessa kombinationer som över huvud taget kan bilda ett stabilt protein. Göran Schmidt citerar en siffra på en stabil kombination per 1074 möjliga kombinationer.

Men det finns studier kommer till helt andra resultat. Keefe och Szostak exempelvis, uppskattade chansen för att få ATP-bindande sekvenser i proteiner med 80 aminosyrarester till 1/1011. Den siffran visar på en fantastiskt mycket högre sannolikhet att finna fungerande sekvenser än vad Axe anger. Författarna till det här arbetet utgick från 6×1012 slumpartade peptider om 80 aminosyrarester, och lyckades isolera ett antal ATP-bindande sekvenser varav en evolverades till ett fungerande ATPas. De skriver:

Our characterization of a synthetic protein that derives entirely from random-sequence origin demonstrates that design-free methods can be used to generate proteins with novel functions

De här resultaten hade varit helt omöjliga att få om den siffra på 1/1074 för kvoten för fungerande till icke-fungerande sekvenser Göran Schmidt citerar hade varit korrekt.

Men de här siffrorna är ändå irrelevanta i sammanhanget. De skulle bara utgöra argument mot evolutionsteorin om det vore så att enzymer bestående av hundratals aminosyror skulle ha uppstått färdiga, på en gång, rent slumpartat. Då – och bara då – skulle alla kombinationer vara möjliga. Det finns vad jag vet ingen forskare som tror att det har gått till på det sättet.

Vad man tänker sig är att de första enzymen bestått av korta peptidkedjor med (låg) enzymatisk aktivitet. De kan ha varit mycket små; det visar sig att även enstaka aminosyror kan ha enzymatisk aktivitet. Peptiderna kan också ha bundit till metallsulfider med katalytisk kapacitet, precis som i många moderna enzym. Det har dessutom visats att korta peptider spontant kan bilda aggregat med enzymaktivitet (se här). Huvudsaken är att de haft en selekterbar enzymatisk aktivitet. Då kan de ha evolverat och blivit större och mer avancerade efter hand. Vi vet självklart inte om det verkligen gått till så här, men det finns inget orimligt i ett sådant scenario.

***

Jag gav i ett tidigare blogginlägg några exempel på hur mutationer kan förändra funktionen hos enzym, men Göran Schmidt kommer med olika invändningar för att kunna hävda att mina exempel på något sätt ändå inte skulle räknas.

I det första fallet, som gäller ett monooxygenas som omvandlats till ett NADPH-oxidas med bara en mutation, hävdar han att det ”handlar alltså om kemisk design, och resultaten kan därför inte användas som argument för dess motsats i form av slumpmässiga förändringar”. Forskarna var ute efter att skapa ett NADPH-oxidas och letade efter mutanter som hade just den aktiviteten. Efter att ha testat ett antal olika varianter kom de fram till en viss mutant. Poängen med det här exemplet var det visar att en enda mutation faktiskt kan ändra funktionen hos ett enzym. Vilka avsikter forskarna hade är helt irrelevant. Det spelar ingen roll om mutationen var slumpartad eller planerad. Den kan inträffa. Och vi vet att mutationer inträffar med en sannolikhet av ungefär 10-10 per nukleotid och celldelning.

Det andra exemplet gäller ett enzym som normalt tillverkar aminosyran histidin, och bara behövde en mutation för att istället göra aminosyran tryptofan. En viss mutant kunde också katalysera båda reaktionerna. Det här är vad man skulle vänta sig av en evolutionär process i små steg. Först en variant med båda aktiviteterna, sedan varianter som förändrat sig ännu mer. Men så ser inte Göran Schmidt på saken. Han skriver ”Det innebär att substratrepertoaren blivit bredare och genen som kodar för enzymet har förlorat information …” Men hur det än skulle förhålla sig med den här ”informationen” är den saken irrelevant i sammanhanget – det viktiga är att en mutation har förändrat funktionen hos ett enzym.

Det tredje exemplet, slutligen, handlar om ett epimeras som efter en mutation också fungerar som aldolas. Även här invänder Göran Schmidt att ”informationen” minskat, och kallar det en ”destruktiv förändring”, vad nu det betyder. Men även här är ”informationen” irrelevant i sammanhanget – det viktiga är att en mutation har förändrat funktionen hos ett enzym.

Det är gåtfullt att Göran Schmidt på detta sätt försöker förklara bort det faktum att mutationer kan förändra funktionen hos ett enzym – det borde rymmas helt inom den mikroevolution han säger sig acceptera. Kanske är han rädd för att om han ger djävulen ett finger så tar han hela handen; om han accepterar små förändringar finns det ingenting som förhindrar stora förändringar.

Vidare invänder Göran Schmidt att de förändrade funktioner jag ger exempel på gäller enzym som är väldigt lika varandra. De skulle ligga som skär kring en och samma isolerade ö i en ocean av icke-funktion, med långt till nästa ö. Men hur vet han det? Han har aldrig refererat till några vetenskapliga artiklar som skulle visa att det förhåller sig så här. Jag känner inte heller till några. Hur kan han då vara så tvärsäker? Det kanske tyngsta vetenskapliga namnet inom det här området, Andreas Wagner, har tvärtom visat att funktionella sekvenser bildar omfattande nätverk i sekvensrymden, vilket möjliggör evolution av nya funktioner. Han skriver by exploring a genotype network, proteins can explore ever-changing sequence neighborhoods, and an ever-changing spectrum of novel enzymatic function”. Jag kan för övrigt starkt rekommendera Andreas Wagner bok ”Arrival of the Fittest”.

Annonser
No comments yet

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s

%d bloggare gillar detta: