ČASOVÉ KROKY EVOLUCE

Nalezené fosilní pozůstatky organismů představují časové milníky existence jednotlivých druhů rostlin a živočichů na Zemi.
Tento článek se zabývá otázkou, zda je z hlediska reálné rychlosti biochemických reakcí a reprezentace informačních kombinací zdůvodnitelný vývoj druhů podle modelu náhodných kombinací a přirozeného výběru. Je zkoumána délka stáří Země a vesmíru jako jedna z podmínek evoluce života na Zemi.

Evoluce předpokládá samovolný vznik vyšších systémů (organismů) z nižších. Vyšší dosažený vývojový stupeň biologického systému však s sebou přináší:
– vyšší nárůst entropie pro jeho vytvoření
– více energie nutné na jeho vytvoření a uspořádání
– složitější formulace (definice) jeho struktury, tedy větší objem informace
– více podmínek pro jeho vznik, které musí být současně splněny
– více času pro jeho vznik

Tyto podmínky jsou pojednány např. v lit. Stephen W.Hawking:
„Stručná historie času“, Mladá Fronta, Praha, 1997 a kol.: „Život“, Mladá Fronta, Praha, 1987.

Z této základní úvahy plyne, že ryzí evolucionistický princip by se realizoval od jednodušších systémů směrem ke složitějším ve stále delších časových krocích. Z teorie systémů a z teorie umělé inteligence je známo, že informační definici pro vznik vyššího systému nelze převzít nebo odvodit z nižšího systému – jeli tento opravdu nižším, pak neobsahuje žádnou strukturu vyššího systému – ani deklarativní předpis, ani algoritmickou strukturu popisující kroky vedoucí ke struktuře vyšší úrovně.

Pokud připustíme možnost nahodilého vzniku vyššího systému z nižších systémů, pak musí takový jev nenulovou pravděpodobnost výskytu. V tom případě se něco takového musí s touto pravděpodobností dít stále – což však není pozorováno. Pokud by v základech živých organizmů existovaly „spouštěcí a blokovací mechanizmy“, které by spustily evoluční algoritmus jen za určitých podmínek a za jiných podmínek by jej blokovaly, pak bychom museli nalézt jak tento spouštěcí a blokovací mechanizmus, tak evoluční algoritmický předpis. Ani tyto informační struktury nebyly dosud objeveny.

Evoluční teorie čerpá důkazy z nalezených pozůstatků živých organizmů a z jejich stáří, které bylo určeno zpravidla uhlíkovou metodou. Tím byly stanoveny kroky evoluce života na Zemi. Podle časových měřítek kroků teorie evoluce, by tedy pravděpodobnost vzniku organizmů vyššího stupně z nižších organizmů musela být přímo úměrná vyspělosti organizmu. Jinými slovy vyšší systémy by musely vznikat rychleji, než systémy nižší. To rovněž nebylo zjištěno.

Přesto, že nám chybí v tomto smyslu důkazy o evoluční teorii, pozorujeme tento exponenciální vzrůst rychlosti vývoje nejen u stáří vzorků jednotlivých vývojových stupňů, ale i v jiných oblastech – např. u dosažených stupňů rozvoje jednotlivých lidských civilizací. Rostoucí tempo vývoje je tedy princip, který se projevuje ve více oblastech. Nejde tedy pouze o pravidlo vývoje složitosti živých organizmů. Situaci zachycuje graf na obrázku 1.


Kombinatorický náhled
Pokud by vznik nových vyšších forem probíhal „náhodně“, prostým střídáním kombinací prvků nižších úrovní, a takto vytvořené vyšší formy vývoje by byly testovány přírodou pomocí metody „pokus-omyl“, pak bychom museli nacházet pozůstatky „neúspěšných“ kombinačních pokusů přírody. Možná bychom tuto roli „neúspěšnosti“ mohli přisoudit druhohorní fauně, u které nám zatím není zřejmý její skutečný význam v posloupnosti vývoje forem života. Tyto pozůstatky exponenciálního růstu počtu pokusů přírody však jinak nenacházíme a vzhledem k pravděpodobnosti náhodného vzniku vyššího systému z nižších systémů by „neúspěšných“ variant muselo být výrazně více, než „úspěšných“. Navíc, čím vyšší systém, tím větší je množství možných „neúspěšných“ kombinací. Je to jako s růstem množství kombinací hesla vzhledem k počtu jeho písmen.

Situaci můžeme znázornit na malém příkladě:

Pokud budeme uvažovat pravděpodobnost vzniku určité molekuly o 10 atomech a počet prvků, ze kterých budeme zkoušet tuto molekulu vytvořit omezíme na 50, pak snadno vidíme, že pravděpodobnost náhodného vzniku takové molekuly bude dán poměrem 1:5010 tedy poměrem 1: 97,656,250,000,000,000. Pokud bychom dále uvažovali, že každý takový pokus proběhne jen za jednu sekundu, pak bychom na vytvoření všech takto tvořených molekul potřebovali 97,656,250,000,000,000 sekund, tedy asi 3 miliardy let. Při zjednodušeném statistickém pohledu se spokojíme s pravděpodobností vzniku 50%, avšak i tak budeme na vznik uvažované molekuly potřebovat alespoň 1,5 miliardy let.


Při této úvaze jsme učinili řadu zjednodušujících předpokladů. Uvažovali jsme dostatečné množství výchozích prvků, dostatek katalyzátorů pro syntézu „pokusných“ molekul, vhodné podmínky pro vznik molekul, nepřítomnost rušivých vlivů, které by brzdily tento vývojový proces.

Připomeňme rovněž, že syntéza složitých organických molekul není otázkou pouhé jedené sekundy a skutečný proces syntézy organických molekul jako základních stavebních kamenů živých organizmů vyžaduje mnohem více času i za příznivých okolních podmínek.

V reálných přírodních podmínkách nejsou okolní vlivy neměnné, počet výchozích prvků využitých v molekulách organizmů je vyšší, než 50 a navíc počet atomů těchto organických molekul je často výrazně vyšší, než 10.

Navíc není vznik živých organizmů vázán na vznik jedné molekuly, ale na celou plejádu biochemických struktur a jejich vzájemných prostorových vztahů a posloupnosti reakcí v čase.

Vztahy uvnitř živých organizmů představují další zvýšení řádu složitosti a tím i vyšší nároky na vznik samovolnou evoluční cestou. Jak ukazuje teorie systémů, je složitost vyšších systémů dána více kvalitou – tedy spojením jednotlivých prvků, než kvantitou – tedy počtem prvků systému. Viz lit. Štípek Stanislav: „Stručná biochemie – uchování a exprese genetické informace“ 1. lékařská fakulta University Karlovy v Praze, nakladatelství H&K, Praha 1992.

Z biochemického hlediska by pro nahodilý, nebo řekněme spontánní, vývoj vyšších forem navíc musely být splněny vedlejší podmínky jako je teplota, tlak, vlhkost,vhodná míra a spektrum energie, přítomnost katalyzátorů apod. Dále by byla nezbytná přítomnost ochranných látek a mechanizmů, které by nově vyvinutý zárodek vyšší formy života ochránily před případnými nežádoucími vlivy okolního prostředí.

Pohled teorie systémů a umělé inteligence
Úroveň vyspělosti informačního systému můžeme posuzovat z několika hledisek. S ohledem na naši snahu o nalezení cesty, jako vznikal život na planetě Zemi, nás budou zajímat především schopnosti informačních systémů – zejména CNS – důležité pro přežití a vývoj.

Problematika této otázky spadá do více oblastí – filozofie, logika, matematika, informatika, psychologie. Jedna z definic teorie umělé inteligence říká, že inteligence je vlastností subjektu v daném prostředí. Je to schopnost rozhodovat se podle vnějších podnětů, podle okolní situace. Je to také schopnost predikovat, jednat proaktivně.

Systém, který vykazuje známky inteligence tedy musí být schopen pracovat s více vrstvami informačního toku. Musí být schopen nejen identifikovat deklarativní informaci, ale i pracovat s procedurální formou informací, rozhodovat se, a měnit své vlastní algoritmy pro své přežití, pro získání výhodnějších podmínek k životu. Inteligentní informační systém musí být schopen pracovat nejen s daty jako takovými, ale musí být schopen rozpoznat datové struktury a vztahy mezi nimi. Musí být schopen pracovat s asociativní reprezentací informací.

Navíc i u tvorů, které považujeme za výrazně jednodušší, než je lidská bytost, nacházíme vysoce organizovanou a logicky řízenou činnost jednotlivců i skupin – např. zimní zásoby vytvářené volně žijícími zvířaty, organizaci mraveniš?, skupinové lety ptáků, symbiózu odlišných druhů, atd.

Z teoretického hlediska je to sice složitý, nicméně definovatelný problém, jehož přirozeným řešením se zdají být organismy a jejich chování v prostředí, ve kterém žijí. Pro vývoj algoritmických pravidel jednání inteligentních tvorů však musí být definována pravidla, podle kterých se tyto organizmy organizmy budou chovat. Dostáváme se tedy do stavu, kdy bychom jako výchozí předpoklad kladli cíl evolučního vývoje. Adaptační mechanizmy jsou také podmínkou nutnou pro zachování každého druhu v prostředí, které se mění.

Evoluční proces, tak jak je popisován, předpokládá vedle principu náhodnosti také metodu „pokus–omyl“ jako metodu přirozeného výběru vývojově úspěšnějšího druhu organizmu. Vzhledem ke složitosti reálných organizmů a jejich řídících struktur – nervové soustavy, CNS však nenacházíme dostatek důkazů o neúspěšných druzích. Navíc by náhodný vývoj i jen jednoduché nervové soustavy nižších živočichů vyžadoval více času, než kolik bylo v historii planety Země k dispozci.

Náhled biochemie a genetiky
Z pohledu evoluce je nejdůležitější vlastností organických struktur schopnost dědičnosti, tedy schopnost přenášet informaci o vlastnostech na své následníky. O nesmírné složitosti aparátu genetické informace a její exprese pojednává např. lit. Štípek Stanislav: „Stručná biochemie – uchování a exprese genetické informace“.

K tomu, aby organická struktura měla schopnost přenést geneticky své vlastnosti na své vývojové následníky jsou nutné, mimo jiné, tyto podmínky:

– schopnost zapsat informaci o svých vlastnostech do struktury vhodné pro přenos informace
– mechanismy pro ochranu této informační struktury
– mechanismus vytvoření kopie informace
– mechanismus modifikace informace během získávání nových vlastností v procesu adaptace

Samozřejmě nejde jen o mechanismy prosté replikace, ale jsou nutné i mechanismy pro zastavení přenosu informace a řada dalších.

Prostředí, ve kterém se celý proces odehrává hraje rovněž velkou roli – připomeňme například destruktivní vliv ultrafialového záření na některé buněčné struktury DNA. Struktura genetické informace v reálných organismech rovněž vykazuje vysokou redundanci a fragmentaci informačních sekvencí, mechanismy paralelní transkripce a mnoho dalších vlastností, z nichž je řada stále ještě předmětem výzkumu.

Pokud uvážíme počet atomů jednotlivých molekul DNA a jejich informační a biochemické vazby, pak vzhledem k výše uvedenému kombinatorickému náhledu snadno zjistíme, že na planetě Zemi, ani ve známé části vesmíru prostě nebyl dostatek času na vznik těchto struktur přirozenou cestou nahodilých chemických kombinací. Navíc by vývoj struktury genetické informace musel postupovat exponenciální rychlostí pro zachycení vlastností vyšších organismů, které vznikly v geologicky nedávné době.

Přizpůsobivost prostředí.
Často se uvažuje hypotéza typu „během milionů let se tvor T přizpůsobil prostředí P“. To však znamená, že na začátku své existence nebyl tvor T vůbec přizpůsoben prostředí P a byl jím s velkou pravděpodobností ohrožován, neměl vytvořeny žádné nové adaptační mechanismy a neměl tedy téměř žádnou naději na život.

Zatím se však nenalezly žádné velké skupiny pozůstatků takových ranných období každého z druhů.

Potravinové řetězce
Do procesu přizpůsobení bychom měli také zahrnout adaptaci organizmu na zdroje živin dostupné v dané lokalitě. Bez tohoto přizpůsobení nemá šanci přežít. I když budeme – v souladu s přírodním principem redundance – uvažovat plošné rozšíření každého nového druhu ve všech lokalitách s alespoň minimální pravděpodobností výskytu vhodné potravy a přežití v lokalitách potravně výhodnějších, znamenalo znamenalo by to opět fakt, že bychom ve větším množství „potravně chudších“ lokalit měli nacházet pozůstatky „potravně neúspěšných“ jedinců.

Evoluční věk druhů
Z hlediska času se nabízí jako nejpravděpodobnější dvě teorie:

– buď dochází ke vzniku nových druhů spontánně a stále
– tedy od určitého období vzniku bychom měli nalézat pozůstatky každého druhu, což výzkumy nepotvrdily
– nebo by čas vzniku každého z druhů byl předem omezen a po určitém období by již nový druh nevznikal, ale pouze se jeho již existující jedinci množili a adaptačně modifikovali.

Tento model se jeví z hlediska výsledků pozorování a experimentů jako pravděpodobnější. Přináší však s sebou požadavek definovanosti tohoto časového období před vznikem každého z druhů. Jinými slovy: předem by byly určena definice vlastností a období vzniku jednotlivých druhů – jednotlivé druhy by se tedy vyvíjely podle předem určeného plánu přírody. To je však v rozporu s představou nahodilých kombinací v evolučním řetězci.

Nahodilosti v izolovaných soustavách.
Pokud připustíme čistě „automatický“ proces vzniku nových druhů kombinacemi existujících druhů, pak by ve vzájemně izolovaných soustavách musely vznikat odlišné evoluční řetězce organizmů.

Z tohoto pohledu se zdají být vhodným důkazem například rozmanitost flory a fauny Galapág, hlubinní tvorové na mořském dně nebo endemitní druhy tropického hmyzu. Nelze však přehlédnout jednotící fyziologické principy a společné rysy jednotlivých představitelů stejných druhů organizmů (např. viz lit. kol.: „Život“, Mladá Fronta, Praha, 1987). V našich úvahách bychom neměli zapomínat ani na soustavy ve vesmíru, které mají takovou vzájemnou vzdálenost, že mezi nimi neexistuje energetická ani informační vazba a které se přesto vyvíjí podle shodných zákonů (viz např. lit Stephen W.Hawking: „Stručná historie času“).

Jinými slovy: pokud by vývoj strukturovaných systémů probíhal podle pravděpodobnostních modelů muselo by nutně docházet k výrazné morfologické divergenci.

Souhrn dosavadních poznatků:
Složitost i počet změn a kroků evoluce je příliš mnoho na to, aby se mohly odehrát za čas vývoje Země: 4,5 miliardy let. Vesmír je přibližně o jeden řád starší, než planeta Země. I přesto zde však vzhledem k počtu samovolných kombinací není dostatek času na samovolný vznik života.

Práce vědců–evolucionistů má svůj velký přínos pro pochopení zákonitosti podmiňující funkce organizmů a jejich částí.

Společné rysy organizmů nemusí být podmíněny postupným vývojem, ale jde o projev jednotné zákonitosti, která je platná pro všechny formy života, pokud mají přežít. Aby vývoj mohl probíhat podle pravidel evoluční teorie, musel by se zde průběžně uplatňovat další mechanismus; Analogický mechanismus, jaký zastavuje růst těla dítěte ve věku 21 let.

To však znamená, buď že by zde musela být předem dána informace ke které však měl vývoj organizmu podle evoluční teorie dospět, nebo že by musel být život na planetu Zemi „vložen“.

Zatím jsme uvažovali podmínky pro vznik života pouze z biologického hlediska. Pro život jsou však nutné fyzikální podmínky, které determinují vlastnosti látek. Přesnost vztahů mezi hodnotami jednotlivých fyzikálních konstant, jejichž velikost se dosud nepodařilo odvodit teoreticky, můžeme těžko považovat za náhodnou. Fyzikální konstanty navíc determinují chování látek při vzájemné interakci.

Stejný kosmologický vývoj byl pozorován u vesmírných soustav, které mezi sebou nemají ani energetickou, ani informační vazbu. Ve vesmíru se tedy – alespoň podle všech dosavadních pozorování – vlastnosti hmoty řídí stejnými pravidly.

Jinými slovy: fyzikální podmínky pro chování hmoty na atomární a molekulární úrovni jsou všude ve vesmíru rovnocenné.

Z hlediska evoluce mohou být tedy místa mimo planetu Zemi zvýhodněna pouze delším časovým intervalem pro vývoj forem života.

Pokud by zárodek života na planetu Zemi „samostatně přišel“, pak by v sobě nutně musel obsahovat mechanizmy na ochranu proti podmínkám během cesty otevřeným vesmírem: teploty v rozsahu od absolutní nuly po několik tisíc stupňů, ionizující záření, srážky s vysoce energetickými částicemi, apod.

Vzhledem k zákonitostem genetiky bychom předpoklady k těmto vlastnostem museli nalézt v DNA dnešních organizmů. To však nebylo pozorováno. Život v dnešní podobě tedy vznikl jinak, než předpokládá evoluční teorie. Připustíme–li působení inteligentní Bytosti nebo bytostí při vývoji a přenosu zárodku života na Zemi, pak již nelze mluvit o evoluci jako takové.

Závěr:

Nižší systém nevytvoří samovolně systémy vyšší úrovně –viz teorie systémů a teorie umělé inteligence.

Chybí doklady o vývojových mezičláncích a zejména doklady o „neúspěšných“ pokusech během vývoje druhů.

Základní formy života byly stvořeny. Mají schopnost částečně přizpůsobit své vlastnosti okolním podmínkám. Mají schopnost předávat genetickou cestou informaci o svých vlastnostech na další generaci jedinců.

Dílčí adaptace a metamorfózy jednotlivých forem života probíhaly podle pravidel evoluční teorie. Adaptační mechanizmy však zároveň představují i určitou mez, kterou změny vlastností organizmu přirozenou „automatickou“ cestou nemohou překročit.