Πότε είναι αφύσικη η Φύση;
Οδηγός ενός βιολόγου για να αποκαλύψει τις βλακείες στη βιολογία
*του Alex Washburne*
Ας υποθέσουμε πως βρέθηκε ένα φθορίζον πράσινο ποντίκι:
Το ποντίκι βρέθηκε έξω από ένα εργαστήριο που έφτιαχνε φθορίζοντα πράσινα ποντίκια, αλλά οι υποστηρικτές της φυσικής προέλευσης θα έλεγαν ότι αυτό είναι απλώς μια σύμπτωση. Υπάρχουν εργαστήρια παντού, λένε. Αγνοούν τη συγκεκριμένη έρευνα αυτού του εργαστηρίου και αγνοούν ότι αυτό το χωριό χρησιμοποιήθηκε στο παρελθόν ως ομάδα ελέγχου, δεδομένης της παντελούς απουσίας άγριων ποντικών στο χωριό.
Όταν αναλύουμε την αλληλουχία του γονιδιώματος, διαπιστώνουμε ότι το ποντίκι έχει μια ασυνήθιστη εισαγωγή σε σύγκριση με άλλα τρωκτικά: μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη (GFP), που δεν έχει ακριβή αντιστοιχία στη φύση. Υπάρχουν, ωστόσο δύο άλλα μέρη όπου εμφανίζεται αυτό το ευρύτερο χαρακτηριστικό των “φθοριζουσών πρωτεϊνών”: στις μέδουσες και σε μια πρόταση επιχορήγησης στο εργαστήριο, λιγότερο από 1 μίλι από το σημείο όπου βρέθηκε το ποντίκι.
Όταν κοιτάζουμε προσεκτικά την αλληλουχία στο ποντίκι, βλέπουμε ότι η αλληλουχία αμινοξέων είναι πολύ παρόμοια με αυτή που βρίσκεται στις μέδουσες, αλλά τα κωδικόνια που δημιουργούν αυτήν την αλληλουχία φαίνεται να αντικατοπτρίζουν τις προκαταλήψεις κωδικονίων ενός ποντικιού. Φυσικά, αυτό θα μπορούσε επίσης να αντανακλά προκαταλήψεις κωδικονίων άλλων ιών ή οργανισμών που περιείχαν τη GFP, επομένως αυτό δεν αποδεικνύει τίποτα, παρά το γεγονός ότι είναι ένα καλά τεκμηριωμένο εργαλείο και επίσης προτείνεται στην ίδια επιχορήγηση, που μιλάει για την εισαγωγή της GFP στο ίδιο εργαστήριο, 1 μίλι από όπου βρέθηκε αυτό το ποντίκι.
Το γονιδίωμα του ποντικιού μοιάζει επίσης πολύ με έναν κλώνο που δημιουργήθηκε με μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν συνήθως πριν από την ανακάλυψη του φθορίζοντος πράσινου ποντικιού. Οι τύποι λένε ότι αυτό δεν αποδεικνύει τίποτα, ότι θα κλωνοποιούσαν ποντίκια χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους (παραμελώντας την ιστορική ομοιότητα αυτής της μεθόδου) και ότι, ακόμα κι έτσι, όλα είναι δυνατά με την εξέλιξη.
Ρωτάμε το εργαστήριο, "Είναι αυτό το ποντίκι σας;" και η αυταρχική κυβέρνηση διατάζει τον στρατό της να αναλάβει τον έλεγχο του εργαστηρίου και να αρνηθεί να εκδώσει τις βάσεις δεδομένων ή τις σημειώσεις του εργαστηρίου, που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να επαληθεύσουμε αν αυτό ήταν το ερευνητικό τους προϊόν.
Μερικοί άνθρωποι λένε ότι η κυβέρνηση “κρύβει ζώα”, αλλά αν αυτό ήταν το ερευνητικό τους προϊόν και έπαιρναν δείγματα περισσότερων ζώων στην περιοχή, οι πιθανότητες να βρεθεί αυτό το ζώο στη φύση μειώνονται (θα είχαμε βρει περισσότερα πράγματα στη φύση και όχι ένα άλλο φθορίζον πράσινο ποντίκι, οπότε ο αριθμητής θα παραμένει ίδιος, όσο μεγαλώνει ο παρονομαστής).
Έτσι, οι ακαδημαϊκοί μας εΜπιστήμονες θα συμπέραιναν ότι το ποντίκι είναι ένα φυσικό ποντίκι. Η τοποθεσία είναι απλώς μια σύμπτωση, όταν παραμελούμε την πρόταση επιχορήγησης για αυτό το έργο, τα πολλαπλά χαρακτηριστικά του ποντικιού που ταιριάζουν ακριβώς με αυτά που προτείνονται προς επιχορήγηση είναι επίσης σύμπτωση, καθώς αγνοούμε την πρόταση επιχορήγησης και η ίδια η πρόταση επιχορήγησης είναι απλώς μια σύμπτωση, επειδή δεν χρηματοδοτήθηκε από έναν χρηματοδότη, παρά το γεγονός ότι οι ερευνητές έχουν άλλα μέσα για τη διεξαγωγή της ίδιας φθηνής οικονομικά έρευνας.
Όλα είναι πράγματι δυνατά με την εξέλιξη, εάν είμαστε αρκετά αμελείς στον χειρισμό των γεγονότων και των πιθανοτήτων του θέματος. Θεωρητικά, είναι δυνατό ένα κοτόπουλο να γεννήσει έναν ιπποπόταμο - δεν είναι πολύ πιθανό, αλλά ποτέ δεν θα βρείτε άμεσες αποδείξεις που να διαψεύδουν ότι ο ιπποπόταμος, του οποίου τη γέννηση δεν παρατηρήσαμε, δεν εκκολάπτεται στην πραγματικότητα από ένα αυγό κοτόπουλου. Ένα ποντίκι με γονίδιο μέδουσας είναι δυνατό - τελικά, το 10% των γονιδιωμάτων μας είναι ιικής προέλευσης, συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων στο σάλιο μας, που χρησιμοποιούμε για τη διάσπαση του σακχάρου αμυλόζης, επομένως δεν υπάρχουν ποτέ άμεσες ενδείξεις που να διαψεύδουν τη φυσική προέλευση του γονιδίου της μέδουσας, ίσως μέσω των ίδιων μηχανισμών με την αμυλάση του σάλιου μας.
Αυτή είναι η κατάσταση των επιστημονικών υποθέσεων σχετικά με την προέλευση του SARS-CoV-2. Βρήκαμε έναν ιό σε μια ασυνήθιστη τοποθεσία, με πολλαπλά ασυνήθιστα γονιδιωματικά χαρακτηριστικά, τα οποία όλα προτάθηκαν ειδικά σε μια πρόταση επιχορήγησης από ένα εργαστήριο σε αυτήν ακριβώς την τοποθεσία. Κάθε ισχυρό στοιχείο - η τοποθεσία, η τοποθεσία διάσπασης της φουρίνης, τα βελτιστοποιημένα για τον άνθρωπο κωδικόνια, ο χάρτης περιορισμού ενός μολυσματικού κλώνου - σκουπίζονται κάτω από το χαλί, καθώς οι υποστηρικτές της φυσικής προέλευσης παραπλανούν τον κόσμο και λένε ότι υπάρχει πλήρης απουσία άμεσων αποδείξεων. Λένε ότι τα στοιχεία που υποδηλώνουν μια εργαστηριακή προέλευση δεν είναι τίποτα άλλο από συμπτώσεις και αρνούνται να εκτιμήσουν τις πιθανότητες αυτών των συμπτώσεων σύμφωνα με τις δύο θεωρίες.
Σε τι φανταστικό κόσμο ζουν αυτοί οι υποστηρικτές της φυσικής προέλευσης! Με τη λογική τους, λόγω της μη παραποιησιμότητας της φυσικής προέλευσης όλων των πραγμάτων στη φύση που δεν παρατηρούνται άμεσα, ένα αυγό κοτόπουλου μπορεί να εκκολαφθεί σε έναν ιπποπόταμο και ένα ποντίκι μπορεί να αποκτήσει ένα γονίδιο μέδουσας βελτιστοποιημένου κωδικονίου, στην ίδια πόλη με ένα εργαστήριο που προτείνει να κάνει ακριβώς αυτό.
Ένας κορωνοϊός SARS νυχτερίδας μπορεί να εμφανιστεί στη Γουχάν, δίπλα στη μεγαλύτερη αποθήκη κορωνοϊών SARS νυχτερίδων στον κόσμο, μια πόλη που χρησιμοποιείται συνήθως ως ομάδα ελέγχου για τους κορωνοϊούς SARS νυχτερίδων και αυτός ο κορωνοϊός SARS νυχτερίδας μπορεί να έχει βελτιστοποιημένη για τον άνθρωπο θέση διάσπασης φουρίνης, τον χάρτη περιορισμού ενός μολυσματικού κλώνου και θα μπορούσε ακόμη και να έχει γραμμένο με κωδικό το "Made In China" στην πολυ-Α ουρά του και όλα θα ήταν σύμπτωση. Όλα είναι φυσικά στον φανταστικό κόσμο των υποστηρικτών της φυσικής προέλευσης. Λυπάμαι εμάς τους άθλιους, που δεν μπορούμε να δούμε τον κόσμο με την απεριόριστη ευπιστία των υποστηρικτών της φυσικής προέλευσης.
Μας μένει το βάρος να εκτιμήσουμε αυστηρά τι είναι πιο πιθανό. Ο ιπποπόταμος βγήκε από ένα αυγό κοτόπουλου ή εμείς ως επιστήμονες θα πούμε ότι λένε ηλιθιότητες; Το ποντίκι απέκτησε GFP από μέδουσα ή λένε βλακείες; Ο SARS-CoV-2 εμφανίστηκε φυσικά στη Γουχάν με όλα τα χαρακτηριστικά μιας επιχορήγησης του Ινστιτούτου Ιολογίας, με τον κινεζικό στρατό να παίρνει τον έλεγχο του εργαστηρίου, να αρνείται να μοιραστεί τις βάσεις δεδομένων και τις σημειώσεις του εργαστηρίου, αρνούμενος να επιτρέψει ανεξάρτητους ελέγχους;
Ή είναι βλακείες;
Έγινα επιστήμονας γιατί θαυμάζω την ικανότητά μας να εξαλείφουμε τις βλακείες. Η ικανότητά μας να εξαλείφουμε τις βλακείες είναι πιο εύκολη σε πεδία όπως τα μαθηματικά, όπου οι αποδείξεις είναι σωστές ή λάθος και ο σκληρός κριτής της λογικής θα αποφασίσει την τύχη του θεωρήματος ή της εικασίας σας. Είναι λίγο πιο δύσκολο, αλλά και πάλι σχετικά εύκολο, να εξαλειφθούν οι βλακείες στη φυσική, όπου οι φυσικοί προτείνουν νόμους, αυτοί οι νόμοι έχουν μαθηματικές συνέπειες και οι μαθηματικές συνέπειες αυτών των νόμων ελέγχονται εμπειρικά.
Μόλις ένας φυσικός νόμος γίνει ευρέως αποδεκτός, οι μαθηματικές του συνέπειες γίνονται απαραίτητες προϋποθέσεις για οποιοδήποτε ανώτερο μοντέλο. Αν μου δείξετε ένα ένδοξο μοντέλο, του οποίου το μαγνητικό πεδίο δεν είναι απαλλαγμένο από αποκλίσεις, συγγνώμη που σας το χαλάω, αλλά το μοντέλο σας είναι βλακεία.
Στη βιολογία, δεν έχουμε νόμους. Το πιο κοντινό πράγμα που έχουμε στους νόμους, είναι κάτι περισσότερο από εμπειρικές παρατηρήσεις. Για παράδειγμα, ο γενετικός κώδικας φαίνεται να είναι ο μόνος γενετικός κώδικας που χρησιμοποιείται στη φύση, αν και οι ερευνητές έχουν τροποποιήσει τον γενετικό κώδικα στο εργαστήριο, ώστε να είναι σαφές ότι ο γενετικός κώδικας δεν είναι ένας παγκόσμιος νόμος.
Έχουμε την εξέλιξη, μια θεωρία που μας βοηθά να προσδιορίσουμε το πλαίσιο του τρόπου με τον οποίο η αναπαραγωγή, η κληρονομική παραλλαγή και η διαφορική καταλληλότητα μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές στα χαρακτηριστικά των πληθυσμών των οργανισμών. Οι σπίνοι αναπαράγονται, οπότε αν έχουν διαφορετικά μεγέθη ράμφους, τα διαφορετικά μεγέθη ράμφους είναι κληρονομικά και τα μεγαλύτερα ράμφη βοηθούν τα πουλιά να παίρνουν περισσότερη τροφή και να αναπαράγονται περισσότερο, οπότε αναμένουμε εμπειρικά ότι το μέσο μέγεθος ράμφους στον πληθυσμό των σπίνων θα αυξηθεί.
Με τη σύγχρονη αλληλούχηση του γονιδιώματος, έχουμε εξαιρετικά σύνολα δεδομένων φυσικών παρατηρήσεων και γονιδιωμάτων οργανισμών σε όλο τον κόσμο, για τα οποία ελήφθησαν δείγματα σε διαφορετικούς χρόνους και σε διαφορετικές συνθήκες. Η συλλογική δειγματοληψία της φύσης μας δίνει μια άποψη για το πώς συμβαίνει η εξέλιξη, πώς ορισμένες μεταλλάξεις σε ορισμένες ρυθμίσεις μπορούν να προσδώσουν πλεονεκτήματα φυσικής κατάστασης και να σταθεροποιηθούν στον πληθυσμό και πώς άλλες μεταλλάξεις σε άλλα περιβάλλοντα είναι ουδέτερες, επιτρέποντας τη γενετική μετατόπιση. Παρατηρούμε συμβάντα ανασυνδυασμού, από την αμυλάση του σάλιου στον άνθρωπο έως ένα γονίδιο του Έμπολα (VP35), που μοιράζεται μεταξύ των φιλοϊών και των νυχτερίδων και έτσι μπορεί να φαίνεται ότι όλα είναι πιθανά, επειδή έχουμε κάνει τέτοιες μάταιες προσπάθειες να ικριώσουμε τον χώρο των εξελικτικών δυνατοτήτων σε ένα περισσότερο επιστημονικά ενεργό σύνολο πιθανοτήτων.
Ένας ιπποπόταμος μάλλον δεν βγήκε από αυγό κοτόπουλου. Δεν το έχω ελέγξει, αλλά υποθέτω ότι υπάρχουν εκατοντάδες εκατομμύρια (πιθανώς περισσότερες) μεταλλάξεις, που χωρίζουν τα κοτόπουλα από τους ιπποπόταμους και ο αριθμός των μεταλλάξεων μεταξύ γονέων και απογόνων είναι τυχαίος, αλλά μικρός. Θεωρητικά, υπάρχει πάντα κάποια μη μηδενική πιθανότητα Ν μεταλλάξεων για οποιοδήποτε Ν, αλλά σε κάποιο σημείο, όπως όταν το N=1 εκατομμύριο, θα πρέπει να πούμε ότι λένε βλακείες και να εξερευνήσουμε άλλες, πιο πιθανές πιθανότητες.
Το γονίδιο της μέδουσας στο ποντίκι απαιτεί πιο προσεκτική σκέψη, καθώς τεχνικά δεν βλέπουμε αυτή την ακριβή γενετική αλληλουχία στις μέδουσες. Παράξενο... Ίσως αυτές οι μεταλλάξεις (N=730), που εισήγαγαν την πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη σε ένα ποντίκι να ήταν ένα τυχαίο γεγονός. Υπάρχουν τόσα πολλά ποντίκια! Όλα είναι δυνατά όταν έχεις τόσα ποντίκια! Φυσικά, αυτό είναι επίσης βλακεία, ειδικά όταν έχουμε μια πρόταση επιχορήγησης από ένα εργαστήριο, στην ίδια πόλη που προτείνει να εισαγάγουμε αυτά τα 730bp σε ένα ποντίκι, χρησιμοποιώντας δημοφιλή τεχνολογία.
Αν αυτό το ποντίκι εμφανιζόταν πριν από 20.000 χρόνια, θα πίστευα ότι είναι φυσικό (και θα ήμουν πολύ μπερδεμένος!), αλλά όταν αυτό το ποντίκι εμφανιστεί 1 χρόνο μετά την πρόταση για την κατασκευή ενός ποντικιού σαν αυτό, είναι σαφές ότι το ποντίκι κατασκευάστηκε σε εργαστήριο. Είναι επίσης ενημερωτικό το ότι δεν είδαμε κανένα ποντίκι σαν αυτό, μέχρι να αναπτυχθεί η τεχνολογία και να προταθεί η επιχορήγηση.
Έχουμε ζήσει τουλάχιστον 100 χρόνια χωρίς μια ανεξέλεγκτη πανδημία κορωνοϊού που δημιουργεί έναν ενδημικό κορωνοϊό. Οι άνθρωποι τρώνε γκουάνο, νυχτερίδες και σκύλους ρακούν όλο αυτό το διάστημα και δεν είχαμε πανδημία νέου κορωνοϊού SARS - αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με, ας πούμε, τη γρίπη, όπου νέα στελέχη εισάγονται συχνά μέσω των γνωστών μηχανισμών αντιγονικής μετατόπισης και διάχυσης από τα ζώα.
Ξαφνικά, λίγο περισσότερο από 1 χρόνο μετά από μια πρόταση επιχορήγησης για την εισαγωγή μιας ειδικής για τον άνθρωπο θέσης διάσπασης φουρίνης σε έναν μολυσματικό κλώνο του κορωνοϊού SARS νυχτερίδας στη Γουχάν, ο SARS-CoV-2 εμφανίστηκε, με μια ειδική για τον άνθρωπο θέση διάσπασης φουρίνης και χάρτη περιορισμού ενός μολυσματικού κλώνου στη Γουχάν. Η θέση διάσπασης της φουρίνης βρίσκεται ακριβώς στη διασταύρωση S1/S2, όπως περιέγραφε η πρόταση επιχορήγησης την εισαγωγή της.
Το εξελικτικό δέντρο των SARS-COV εκτείνεται σε πάνω από 1.000 χρόνια και δεν υπάρχει ούτε μία θέση διάσπασης φουρίνης, εκτός του SARS-CoV-2. Ο SARS-CoV-1 “μεταβιβάστηκε σειριακά” σε ανθρώπινες αλυσίδες μετάδοσης κατά τη διάρκεια της πανδημίας του 2002 και ωστόσο ακόμη και οι μεταγενέστερες παραλλαγές δεν είχαν θέση διάσπασης της φουρίνης, παρά το γεγονός ότι οι άνθρωποι φιλοξένησαν πολλά δισεκατομμύρια ιοσωμάτια.
Η πανδημία του SARS-CoV-1 διήρκεσε 8 μήνες, επομένως με ~8 ημέρες μεταξύ των επερχόμενων λοιμώξεων θα υπολογίσουμε ~30 “σειριακές διελεύσεις” σε περισσότερους από 8.000 ασθενείς και δεν βρέθηκε ούτε μία θέση διάσπασης φουρίνης. Ξαφνικά, ο SARS-CoV-2 εμφανίζεται με αυτό το σημείο διάσπασης της φουρίνης, λιγότερο από 1 χρόνο μετά την πρόταση, στην πόλη ακριβώς όπου οι ιολόγοι είχαν τα μέσα, το κίνητρο και την ευκαιρία να το κάνουν και είχαν προτείνει να το κάνουν, μόλις 1 χρόνο πριν...
Οι βιολόγοι πρέπει να ασχοληθούν πιο σοβαρά με την επιστήμη, διαφορετικά ολόκληρος ο τομέας μας θα ακούγεται σαν βλακεία. Με τη θεωρία μας της εξέλιξης και έχοντας τεράστιες βάσεις δεδομένων γονιδιωμάτων, δεν έχουμε δικαιολογίες για κατάχρηση της εξέλιξης, αποφεύγοντας την ποσοτική αυστηρότητα στις θεωρίες και τις δηλώσεις μας. Τα συμβάντα μετάλλαξης - είτε μεταλλάξεις μεμονωμένων νουκλεοτιδίων, εισαγωγές, διαγραφές ή συμβάντα ανασυνδυασμού - συμβαίνουν με καλά καθορισμένους ρυθμούς, με σαφώς καθορισμένες πιθανότητες εμφάνισης ανά μονάδα χρόνου.
Μπορούμε και πρέπει να υπολογίσουμε αυτά τα ποσοστά με τα τεράστια σύνολα δεδομένων μας και είναι ευθύνη μας, ως ειδικοί, να προσαρμόσουμε τα στοιχεία υπό το φως αυτών των ποσοστών. Είναι βλακεία να λες "αυτό είναι φυσικό", καθώς επιτρέπει στους ειδικούς της φύσης να ορίζουν υποκειμενικά το "φυσικό" ως ό,τι αυτοί λένε ότι είναι. Οι βιολόγοι πρέπει να εκτιμήσουν αντικειμενικά τις πιθανότητες των γεγονότων. Αντίθετα, αν εκτιμήσουμε ότι τα γεγονότα ανασυνδυασμού συμβαίνουν μία φορά κάθε 100 χρόνια και η θεωρία φυσικής προέλευσης ισχυρίζεται ότι 10 συμβάντα ανασυνδυασμού συνέβησαν στον SARS-CoV-2 σε 10 χρόνια, πρέπει να πούμε ότι λένε βλακείες.
Εάν έχετε ποτέ αμφιβολίες για το αν ένας βιολογικός ισχυρισμός είναι βλακεία, ζητήστε από τον βιολόγο να σας δείξει τη μαθηματική και στατιστική του εργασία. Αν δεν υπάρχει ποσοτική βάση για τη δήλωσή του, τότε κάνει υποθέσεις για φαινόμενα χωρίς εμπειρικές δηλώσεις της πιθανότητάς τους, δηλαδή κάνει χαζομάρες. Ακόμη και όταν συζητάμε ένα πειραματικό εύρημα - όπως το να λέμε "η αφαίρεση μίας θέσης διάσπασης φουρίνης μειώνει τους ιικούς τίτλους του SARS-CoV-2 σε εξανθρωπισμένα ποντίκια" - αυτό θα πρέπει να συνοδεύεται από αριθμούς. Πόσο μείωσε τους τίτλους του ιού (απάντηση: x100-x10.000); Πόσα ποντίκια; Ποιες είναι οι πιθανότητες να συμβεί αυτό τυχαία;
Μια θλιβερή αλήθεια, αλλά και μια ευκαιρία, είναι ότι οι περισσότεροι βιολόγοι δεν έχουν ισχυρό ποσοτικό υπόβαθρο. Είμαι από τους ασυνήθιστους - έχω προπτυχιακά πτυχία τόσο στα εφαρμοσμένα μαθηματικά, όσο και στη βιολογία και ήμουν ο πρώτος άνθρωπος που αποφοίτησε από την πρώτη τάξη του καινοτόμου προγράμματος του Πρίνστον στην “Ποσοτική και Υπολογιστική Βιολογία”. Οι αριθμοί είναι απολύτως τα πάντα στην επιστήμη. Οι αριθμοί μας βοηθούν να συγκρίνουμε τις μετρήσεις μας σε όλο τον κόσμο και, επομένως, αν κάποιος δεν έχει τους αριθμούς για να υποστηρίξει τους ισχυρισμούς του, τότε δεν μπορούμε πραγματικά να αναπαράγουμε το έργο του, ούτε να παραποιήσουμε τη θεωρία του.
Οι βιολόγοι μπορούν και πρέπει να λάβουν περισσότερα ποσοτικά στοιχεία. Υποψιάζομαι ότι όταν το κάνουν, όταν η παλιά φρουρά των ιολόγων που μεγάλωσαν σε μια προ-ποσοτική εποχή συνταξιοδοτηθεί και μια νέα γενιά μεγαλωμένη με υπολογιστές και αριθμούς εξετάσει εκ νέου τα στοιχεία, η εργαστηριακή προέλευση του SARS-CoV-2 θα είναι τόσο ξεκάθαρη, όπως η εργαστηριακή προέλευση ενός πράσινου φθορίζοντος ποντικιού…
