Pochop, že proces návrhu spočíva vo vytvorení alternatív a následného testovania týchto alternatív zoči-voči mnohým požiadavkám a obmedzeniam.
Herbert A. Simon

Molekulárne assemblery so sebou prinesú možnosti ktoré nemajú obdoby od vyvinutia ribozómov - tých pradávnych Tvariteľov bunky. Technológie ktoré budú následovať umožnia životu opustiť matku Zem - udalosť podobného významu sa neudiala od doby čo život opustil moria. Pravdepodobne tieto technológie umožnia strojom získať rozum - niečo také sa neudialo odvtedy čo rozum získali prvé primáty. No a nakoniec nám možno bude vďaka týmto technológia umožnené obnovovať a prerábať naše telá - čo je krok v evolúcii ktorý doposiaľ nemá obdobu.

Zmeny ktoré so sebou nanotechnologická revolúcia prinesie budú tak rozsiahle že je takmer nemožné aby ich ľudská myseľ obsiahla. No pravidlá premeny ktoré platia pre bunky, zvery, mysle a stroje by mali pretrvať aj vo veku nanotechnológií a umelých inteligencií. Rovnaké princípy ktoré platili v mori, na súši zdá sa ostanú platnými aj potom čo začneme rozosievať život smerom ku hviezdam. Pochopenie týchto trvalých pravidiel premeny nám pomože pri pochopení potenciálneho dobra i zla v týchto nových technológiách.

Poriadok z Chaosu

Poriadok môze vyvstať z chaosu bez toho aby bol prítomný zadávateľ príkazov : pravidelné kryštály sa utvorili z hviezdneho prachu dávno predtým ako vzniklo Slnko, Zem či život. Chaos umožňuje vznik kryštalickým štruktúram aj za oveľa bežnejších podmienok. Predstavme si molekulu je jedno či pravidelnú alebo hrboľatú a kostrbatú ako zázvorový koreň. Teraz si predstavme ohromné množstvo týchto molekúl ako sa náhodne hýbu v kvapaline, búchajú a zrážajú sa ako opilci v tme. Predstavme si že tekutina sa vyparuje a ochladzuje pričom sú molekuly bližšie a bližšie sebe navzájom, ich pohyb pomalší. Zoskupia sa tieto náhodne sa hýbajúce molekuly zvláštne tvarované molekuly do neusporiadaných hromád? Vo všeobecnosti nie. Častejšie utvoria kryštalický vzor v ktorom je každá molekula vzorne uhniezdená v rámci danom svojimi susedmi, utvárajúc rady a stĺpce pravidelné ako šachovnica - zvyčajne však ešte oveľa komplexnejšie.

Tento proces v sebe neobsahuje žiadne kúzlo alebo špeciálnu vlastnosť molekulárnych či kvantovomechanických síl. Dokonca anilen nevyžaduje špeciálne do seba zapadajúce tvary ktoré umožňujú proteínom utvárať sa do strojov. Guľôčky ktoré vložíme do nádoby a zatrasieme ňou taktiež utvoria pravidelný vzor.

Kryštály rastú vďaka metóde pokusu a omylu, vďaka variácii a selekcii. Neutvárajú ich žiadne malé paprčky. Kryštál vzniká náhodným zrazením sa dvoch molekúl: molekuly putujú, ťukajú do seba a náhodne sa spájajú , no tieto zoskupenia sú najpevnejšie ak sú molekuly navzájom umiestnené podľa vzoru im vlastnej kryštalickej mriežky. Niektoré molekuly potom narazia do tohto malého drobného kryštálu. Niektoré narazia na zlé miesto či zle nasmerované, slabo sa napoja na celok a čoskoro sa opäť odpoja. No iné zapadnú do celku správnejšie, vznikne pevnejšia väzba vďaka ktorej dokážu zostať na svojom mieste. Vzniká vrstva za vrstvou a kryštalický vzor sa šíri. Ajkeď sa teda molekuly hýbu a zrážajú náhodne, nespájajú sa náhodne. Poriadok povstáva z chaosu vďaka variácii a selekcii.

O vývoji molekúl

Keď kryštály rastú, každá vrstva vytvára šablónu pre ďalšiu vrstvu. Tieto vrstvy sú vzájomne prepojené tvoriac tak pevné teleso.

Vlákna DNA alebo RNA môžu v bunkách taktiež slúžiť ako šablóny, za pomoci enzýmov ktoré slúžia ako zariadenia pre molekulárne kopírovanie. No jednotlivé podjednotky týchto vlákien nukleových kyselín môžu byť zoradené do mnohých sekvencií, a šablónové vlákno sa môže odpojiť od kópie. Následne môžu byť ako kopírované vlákno tak aj šablóna - matrica kopírované znovu. Biochemik Sol Spiegelman použil kopírovacie zariadenie - vírovú bielkovinu - pri laboratórnych experimentoch. V umelom prostredí bez akejkoľvek prítomnosti života dokázal skopírovať RNA molekuly.

Predstavme si vlákno RNA ktoré si slobodne pláve v skúmavke spolu s kopírovacími bielkovinami a podjednotkami RNA. Vlákno sa túla a naráža kade tade až pokým správne natočené nenarazí do kopírovaciej bielkoviny a nespojí sa s ňou. Podjednotky sa taktiež náhodne pohybujú až dokým sa jedna z nich - toho správneho druhu a opäť správne natočená - stretne s kopírovacím zariadením a zapadne do šablóny. Tak ako sa dotyčné podjednotky - nukleotidy - snažia zapadnúť na správne miesto, kopírovacia bielkovina ich uchopuje a naväzuje k rastúcej kópii; jednotlivé podjednotky narážajú nahodne no zariadenie naväzuje selektívne. Nakoniec sa zariadenie, šablóna a kópia od seba navzájom oddeľujú.

Nazvime v súhlase s terminológiou Oxfordského zoológa Richarda Dawkinsa všetky entity ktoré dokážu vytvoriť svoje vlastné kópie replikátormi. RNA molekuly si zaslúžia toto pomenovanie: z jednej molekuly sa stávajú dve, potom štyri, osem, šesťnásť, tridsať-dva a tak ďalej, násobky rastú exponenciálne. Avšak po určitej dobe sa nárast rýchlosti spomaľuje: množstvo kopírovacích bielkovín ktoré sú k dispozícii môže v danom čase obslúžiť maximálne rovnaké množstvo šablónových molekúl. No a neskôr, keď sa začne prejavovať nedostatok základných stavebných materiálov RNA molekúl sa replikačný proces zastaví úplne. Explodujúca populácia molekúl dosahuje možnú hranicu rastu a zmnožovací proces je u konca.

Pri kopírovaní vlákna RNA však častokrát dojde k chybe - kopírovacie zariadenie nadbytočne vloží, zmaže alebo si pomýli dotyčný nukleotid. Výsledné zmutované vlákno sa následne líši v dĺžke alebo skladbe od svojej predlohy. K týmto zmenám dochádza dá sa povedať náhodne, a tieto zmeny sa nabaľujú jedna na druhú ako sú zle skopírované molekuly znovu zle kopírované. Ako je molekúl čoraz viac a viac, tak sa čoraz viac začínajú líšiť od svojich predkov. Zdá sa že sa blížime k chaosu.

Biochemici zistili že rozdielné RNA molekuly sa množia rozdieľne rýchlo v závislosti od ich dĺžok a rozloženia ich podjednotiek. Potomkovia rýchlejších replikátorov prirodzene získavajú prevahu. Vskutku ak sa jeden druh dokáže skopírovať iba o 10 percent rýchlejšie ako jeho súrodenci, tak potom o sto generácií neskôr každý z rýchlejších potomkov dáva vzniknúť tisícnásobne väčšiemu množstvu potomkov. Malé rozdiely v exponenciálnom raste sa exponenciálne nabalujú.

Keď sa v skúmavke minú všetky podjednotky, experimentátor z nej môže zobrať trochu RNA a "nakaziť" ňou ďalšiu skúmavku. Proces sa začína znova a molekuly ktoré dominovali v prvom kole súťaže začínajú s náskokom. Objavujú sa stále nové drobné zmeny ktoré sa nabaľujú do veľkých zmien. Niektoré molekuly sa množia rýchlejšie, a ich druh začína v roztoku prevládať. Keď opäť dojde k spotrebovaniu všetkých surovín, experimentátor môže znovu ubrať trocha RNA a začať odznova (a ešte raz a ešte raz...). To všetko za stále rovnakých okolitých podmienok.

Tento experiment odhalí prírodný proces: je jedno s akou RNA sekvenciou experimentátor začne, chaos vyplývajúci z chýb pri kopírovaní nás privedie k jednému druhu RNA molekuly (plus mínus nejaká ta kopírovacia chyba). Jej typická verzia má 220 nám známych podjednotiek. Je to najlepší RNA replikátor v dotyčnom prostredí, preto vytesňuje všetko ostatné a pretrváva.

Takýto proces zložený z kopírovania, náhodného výskytu chýb a súťaživosti nám vždy prinesie rovnaký výsledok, nezávisle od toho s akou RNA molekulou sme začali. Ajkeď je skoro nemožné predvídať tento víťazný vzor, každý môže vidieť že zmena a súťaživosť smerujú k jedinému víťazovi. Nič iné sa vlastne ani v tak jednoduchom systéme stať nemôže. Pokiaľ by sa tieto replikátory dokázali navzájom silne ovplyvňovať - napríklad útočením či pomáhaním vybraným jedincom - potom by bol výsledkom oveľa komplexnejší ekologický systém.

Variácia tohto príkladu nám ukazuje ďalší fakt: RNA molekuly sa prispôsobujú rozlične rozličným prostrediam. Molekulárny stroj nazývaný ribonukleáza zdrapí RNA molekuly ktoré obsahujú isté sekvencie podjednotiek a rozstrihne ich na dve. Ale RNA molekuly, tak ako bielkoviny, sa zauzlujú do trojrozmerných štruktúr v závislosti od zloženia ich sekvencií. V prípade že sa zauzlia určitým spôsobom, môžu uchrániť svoje zraniteľné miesta. Experimenty ukázali že RNA molekula v prítomnosti ribonukleázy obetuje rýchlosť svojho kopírovania na úkor väčšej bezpečnosti. Lepší víťazí.

Hľa ako prírodovedná terminológie prenikla do tohto opisu chemických dejov: keďže sa molekuly rozmnožujú, zdá sa nám použitie slova "generácia" správne; molekuly ktoré sú "potomkami" spoločného "predka" sú "príbuznými". Taktiež slová ako "rast", "rozmnožovanie", "mutácia" a "súťaživosť" sa zdajú byť na svojom mieste. Prečo? Pretože pri kopírovaní týchto molekúl dochádza k malým zmenám, tak ako k tomu dochádza aj v prípade génov živých organizmov. Keď majú rozdielné replikátory rozdielnu úspešnosť, tie úspešnejšie majú tendenciu byť úspešnejšie a úspešnejšie. Tento proces, kdekoľvek k nemu dojde, sa nazýva "evolúcia".

Na príklade tohto skúmavkového experimentu možno ilustrovať evolúciu v plnej jej nahote bez prítomnosti akejkoľvek citovej kontroverzie ktorá obklopuje evolúciu života. RNA replikátory a bielkovinové kopírovacie stroje sú presne definované zoskupenia atómov ktoré podliehajú dobre známym princípom vyvíjajúce sa v laboratórnych podmienkach ktoré možno kedykoľvek opakovať. Biochemici dokážu vytvoriť RNA a bielkoviny z chemikálií ktoré majú odložené na poličke, bez pomoci od akýchkoľvek ďalších živých organizmov.

Biochemici si požičali tieto kopírovacie stroje od vírusu ktorý napáda baktérie a využíva RNA ako svoj genetický materiál. Život týchto vírov spočíva v preniknutí do baktérií, rozmnoženia seba-sa na úkor jej prostriedkov,a opustení baktérie za účelom napadnutia novej. Zlé skopírovanie tejto virálnej RNA produkuje zmutované víry,a víry ktoré sa dokážu úspešnejšie kopírovať sa stávajú bežnejšími; jedná sa o evolúciu prírodným výberom, "prírodný" sa nazýva pretože sa zaoberá aj inými časťami prírody ako človekom. Narozdiel od skúmavkovej RNA sa však musí virálna RNA zaoberať aj náročnejšími problémami ako je replikácia seba-samej , úspešná virálna RNA musí vedieť usmerniť bakteriálne ribozómy k vybudovaniu bielkovinových zariadení ktoré jej umožnia opustiť starú baktériu, následne prežiť v nehostinnom vonkajšom prostredí a nakoniec vniknúť do baktérie novej. Tieto dodatočné informácie spôsobujú že virálna RNA molekula je približne 4500 podjednotiek dlhá.

Aby sa úspešne rozmnožila DNA veľkých organizmov robiť ešte oveľa viac, riadiac konštrukciu desiatok tisícov rozdielnych bielkovinových strojov a vývoj komplexných tkanív a orgánov. Na to sú potrebné tisíce génov kódované miliónmi až miliardami DNA podjednotiek. Buď ako buď, základný evolučný proces spočívajúci vo variácii a selekcii zostáva rovnaký v skúmavkách, vírusoch i oveľa ďalej.