Jemné vyladenie a neredukovateľná zložitosť

Základnou myšlienkou biologickej evolúcie je tvrdenie, že náhodné genetické mutácie počas nesmierne dlhých časových období viedli k vzniku fyzických alebo iných znakov, ktoré poskytli organizmom určitú výhodu pri prežití. Keďže prežívajúce organizmy, či už rastliny alebo zvieratá, boli úspešnejšie v rozmnožovaní, mali sa podľa tejto predstavy postupne formovať nové druhy. Tento proces mal viesť k vzniku čoraz pestrejšej škály živých organizmov.

Štúdium Darwinových spisov však odhaľuje nemenný zákon, podľa ktorého museli novo vznikajúce znaky vždy poskytovať výhodu pri prežití, aby mohli v populácii prevážiť. Jedným z kľúčových problémov evolučnej teórie je otázka prechodných foriem, teda organizmov, ktorých znaky ešte nie sú úplne vyvinuté. Darwin sám priznával, že vo fosílnom zázname tieto prechodné formy zúfalo chýbajú, a kládol si otázku, prečo nie sú „v hojných počtoch pochované v zemskej kôre“.

Zásadná námietka proti Darwinovej teórii spočíva v tom, že všetky biologické štruktúry, napríklad oko, musia správne fungovať od samého začiatku. Organizmus s iba čiastočne vyvinutým orgánom by nebol najzdatnejším jedincom na prežitie.

Ako príklad možno uviesť zadné nohy lariev skokanov, ktoré im umožňujú unikať pred predátormi pomocou extrémne rýchleho skákania. V každej zadnej nohe sa nachádza doslova ozubené súkolie, ktoré zabezpečuje dokonalú synchronizáciu oboch nôh. Skok prebieha s časovým rozdielom len 30 mikrosekúnd a so zmeraným zrýchlením na úrovni 400 až 500-násobku sily zemského pritiažlivosti.

Pre organizmy, ktorých prežitie priamo závisí od schopnosti bleskurýchleho skoku, je nelogické predpokladať, že by mohli prežiť s len čiastočne vyvinutým nožným súkolím. Ak by tieto mechanizmy neboli kompletné od začiatku, skokanské schopnosti by nestačili na únik, čo by nevyhnutne viedlo k vyhynutiu. Tieto fakty vyvolávajú zásadné otázky o tom, ako by mohla evolúcia vytvoriť takéto komplexné mechanizmy, ktoré musia fungovať bezchybne už od počiatku.

Jedným z veľkých úspechov ľudskej rozumovej schopnosti bol vynález mechanického ozubeného prevodu, pozostávajúceho zo súmerných zubov zapadajúcich do dvoch rotačných povrchov. Tento princíp sa pripisuje gréckym mechanikom pôsobiacim v Alexandrii okolo roku 300 pred Kristom. Postupne sa stal základným pilierom modernej technológie, na ktorej stoja stroje, autá aj bicykle.

Ako sa však ukazuje, približne tri milimetre dlhý hmyz s názvom Issus coleoptratus nás v tomto princípe predbehol o celé tisícročia. Malcolm Burrows a Gregory Sutton, biológovia z Cambridgeskej univerzity, zistili, že nedospelé jedince tohto druhu disponujú sofistikovaným ozubeným mechanizmom, ktorý uzamyká zadné nohy do seba. Vďaka tomu dochádza k súbežnej rotácii oboch nôh a k presnému skoku vpred.

Tento mechanizmus zabezpečuje výnimočnú koordináciu pohybu, ktorá je pre prežitie tohto hmyzu nevyhnutná. Objav poukazuje na to, že prírodné inžinierstvo dokáže vytvárať riešenia, ktoré sme dlhé stáročia považovali za výlučne ľudský vynález. Issus coleoptratus je tak ukážkou toho, že príroda môže byť technicky sofistikovanejšia než ľudská vynaliezavosť.

Objav publikovaný v časopise Science v septembri 2013 je považovaný za prvý funkčný ozubený systém objavený v prírode. Tento mechanizmus sa nachádza u hmyzu z rodu Issus, známeho aj ako rastlinný skokan, ktorý sa vyskytuje v Európe a Severnej Afrike. Vedci použili elektrónové mikroskopy a vysokorýchlostné videozáznamy, aby presne zdokumentovali funkciu ozubeného prevodu.

Hlavným dôvodom existencie tohto ozubeného mechanizmu je potreba absolútnej synchronizácie zadných nôh. Aby hmyz dokázal skočiť priamo dopredu, musia sa obe nohy vymrštiť v úplne rovnakom okamihu. Ak by sa jedna noha pohla len o zlomok sekundy skôr, výsledkom by bol odklon do strany, nie presný skok.

Tento ozubený systém je mimoriadne elegantným riešením. Vysokorýchlostné videá ukázali, že hmyz skáče rýchlosťou až 14 km/h, pričom svoje zadné nohy najprv nakloní, následne ich napriami a tým spôsobí stlačenie a výskok. Celý proces prebehne v rámci 30 mikrosekúnd, teda v tridsiatich milióntinách sekundy. Tento mechanizmus predstavuje mimoriadne presne fungujúci systém, ktorý výrazne prispieva k prežitiu druhu.

Jemne ozubené prevody na nohách hmyzu rodu Issus umožňujú mimoriadne presný pohyb.

„K riešeniu zložitého problému, ktorý mozoček a nervový systém hmyzu Issus nedokážu vyriešiť, sa využíva jeho kostra,“ uviedol Malcolm Burrows v tlačovom vyhlásení.

Ozubené prevody sa nachádzajú na vrchole zadných nôh hmyzu, na segmentoch nazývaných trochanter, a obsahujú 10 až 12 kužeľovitých zubov so šírkou približne 80 mikrometrov. Všetci skúmaní jedinci rodu Issus mali rovnaký počet zubov na každej zadnej nohe, pričom ozubenie bolo presne zaklesnuté. Zuby majú zaoblenie pri päte, čo je dizajn známy aj z ľudských mechanických prevodov, pretože znižuje opotrebovanie počas používania.

Na potvrdenie funkčnosti ozubenia vedci vykonali experiment s mŕtvymi telami hmyzu Issus. Zadné nohy nastavili do výskokovej polohy a elektricky stimulovali hlavný sval jednej nohy. Stimulovaná noha sa natiahla a vďaka mechanickému prepojeniu pomocou ozubenia sa súčasne napla aj druhá, nestimulovaná noha. Mŕtvy hmyz tak napriek nehybnosti skočil dopredu.

Najväčším prekvapením je, že dospelé jedince hmyzu Issus už nemajú ozubené prevody. Keď mladšie jedince dorastajú a línajú, ozubenie sa neregeneruje. U dospelých jedincov sa synchronizácia zabezpečuje iným mechanizmom – radom predĺžených výčnelkov na oboch zadných nohách, ktoré mechanicky tlačia druhú nohu do pohybu.

Burrows a Sutton predpokladajú, že dôvodom je krehkosť ozubeného mechanizmu. Ak by sa poškodil čo i len jeden zub, efektivita by výrazne klesla. Pre mláďatá, ktoré línaním ozubenie obnovujú, to nepredstavuje zásadný problém. Pre dospelé jedince, ktoré už zuby nedokážu nahradiť, je výhodnejšie použiť odolnejší spôsob synchronizácie.

Hoci podobné štruktúry boli objavené aj u iných živočíchov, napríklad u ostnitej korytnačky či Arilus cristatus, tieto sú len ozdobné a nemajú mechanickú funkciu. Mechanizmus u hmyzu Issus sa však javí ako prvý známy prírodný prevodový systém, ktorý skutočne funguje podobne ako ľudské mechanické prevody.

„O ozubených kolesách zvyčajne uvažujeme ako o ľuďmi navrhnutých zariadeniach, ale ukázalo sa, že je to len preto, že sme sa nedívali dostatočne pozorne,“ povedal Gregory Sutton. „Nájdené ozubenie nie je navrhnuté, ale vyvinuté – predstavuje vysokorýchlostné a presné mechanické zariadenie určené na synchronizáciu pohybu v živočíšnom svete.“

Evolucionisti, ako napríklad Richard Dawkins, dlhodobo tvrdili, že ľudské oko má sietnicu „obrátene“, čo má údajne dokazovať, že inteligentný projektant by takýto dizajn nezvolil. Ich tvrdenie vychádza z faktu, že svetločivné bunky sa nachádzajú za nervovými vláknami, čo má údajne brániť svetlu v jeho ceste.

V skutočnosti však výskumníci v posledných rokoch zistili, že svetlo neprechádza priamo cez nervy, ale je usmerňované nálevkovitým spôsobom cez Müllerove gliové bunky. Tieto bunky sa správajú ako optická doska, ktorá zvyšuje ostrosť zobrazenia.

„Sietnica sa javí ako optimálna štruktúra, navrhnutá na zlepšenie ostrosti obrazu.“

Okrem toho tieto bunky pomáhajú oddeliť tri základné farby, takže červené a zelené svetlo sú vedené na čípky sietnice. Iným typom svetelných receptorov sú tyčinky, ktoré sú výborne prispôsobené na nočné videnie, no menej účinné pri detekcii zeleného a najmä červeného svetla. Müllerove bunky preto rozptyľujú modré svetlo na tyčinky, čím optimalizujú nočné videnie.

Veľká časť tohto výskumu pochádza z Technionu, Izraelského inštitútu pre technológiu, z laboratória doktora Ereza Ribaka. Ribak, pôvodne astrofyzik zameraný na výskum hviezd, prešiel k štúdiu očí. Jeho výskum ukázal, že Müllerove bunky musia mať správnu výšku a šírku, aby dokázali efektívne filtrovať rôzne farby.

„Ak je sietnica príliš hrubá alebo príliš tenká, stáva sa neúčinnou.“

Tento fakt preukázal vedením svetla rôznych farieb na sietnice človeka a prasete, pričom demonštroval spôsob, akým je svetlo riadené. Ribak vysvetľuje:

„Sietnica oka bola optimalizovaná tak, aby rozmery a hustoty gliových buniek zodpovedali farbám, na ktoré je oko citlivé. Táto optimalizácia zabezpečuje intenzívnejšie farebné videnie počas dňa, pričom nočné videnie je ovplyvnené len minimálne.“

Červené a zelené svetlo sú vedené nálevkovitým spôsobom cez bunky, zatiaľ čo modré svetlo je viac rozptyľované. Tento mechanizmus umožňuje optimalizáciu farebného videnia, pričom každá farba je smerovaná tam, kde je najefektívnejšie spracovaná.

Mark Hankins, profesor zrakovej neurovedy na Univerzite v Oxforde, poskytol ďalšie vysvetlenie, prečo je sietnica „obrátene“ orientovaná. Podľa neho je to z dôvodu odstraňovania opotrebovaných bunkových komponentov a prístupu k zdroju energie molekúl citlivých na svetlo. Túto funkciu zabezpečuje vrstva za svetelnými receptormi, nazývaná retinálny pigmentový epitel (RPE).

Práve toto usporiadanie znamená, že nervové vedenie nemôže byť umiestnené až za receptormi. Na tento fakt už dávnejšie poukazoval kreacionistický oftalmológ dr. George Marshall.

Ďalšie výskumy potvrdzujú, že obrátená sietnica predstavuje vynikajúce riešenie pre úsporu miesta, najmä u malých očí. Analýza očí mláďaťa zebry ukázala, že práve táto štruktúra je optimálna z hľadiska miestneho rozloženia. Tieto zistenia potvrdzujú, že sietnica napriek svojej zdanlivej „obrátenosti“ predstavuje dômyselné a funkčne efektívne riešenie, ktoré zabezpečuje optimálne farebné videnie a efektívne využitie priestoru v oku.

Téma jemného vyladenia a neredukovateľnej zložitosti priamo zasahuje do sporu evolúcie verzus dizajnu a prirodzene nadväzuje na oblasť stvorenie vs. evolúcia, kde sa analyzuje, či je vznik života výsledkom náhody alebo zámerného usporiadania; biologické príklady funkčných celkov, ktoré musia existovať kompletné od začiatku, úzko súvisia aj s kritikou darvinizmu v sekcii Stvoriteľ vs. darvinisti, pričom hlbšie porozumenie genetických mechanizmov ponúka tematika DNA a genetika; celý tento argumentačný rámec zapadá do širšieho kontextu Biblia a veda, kde sa ukazuje, že prírodné zákony a biologická komplexnosť dávajú zmysel ako prejav inteligentného poriadku, nie slepej náhody.