Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Potreba syntézy prírodných a kultúrnych vied

1. časť. Človek dospel do kritickej fázy svojej evolúcie
 |  5. 11. 1999
 |  Vesmír 78, 644, 1999/11

Je povinnosťou vedeckých pracovníkov, dnes viac než kedykoľvek v minulosti, premýšľať o svojej disciplíne v kontexte celej modernej kultúry, aby ju obohatili nie iba poznaním významným technicky, ale ideami zo svojej vedy, o ktorých sa domnievajú, že sú dôležité pre ľudstvo.

Jacques Monod [11), s. 13]

Evolúcia človeka ako biologického druhu dospela do kritickej fázy, v ktorej sa rozhodne o jeho prežití. Ide o kozmickú výzvu: ľudstvo by mohlo byť prvou civilizáciou v našej časti vesmíru, ktorá túto fázu prekoná. Človek, ktorý je v jednom z komplementárnych pohľadov vedy spolu s inými organizmami zariadením na prežívanie replikátorov (génov), bol vyformovaný do dnešnej podoby biologickou evolúciou. Je tvorom bojazlivým, skupinovým, hyperemotívnym a mýtofilným. Kultúrna evolúcia ho stavia do rýchle sa meniaceho prostredia, na ktoré nie je uspôsobený. Disproporcia medzi rýchlym pokrokom prírodných vied a zaostávaním kultúrnych vied umožňuje človeku manipulovať so sebou a so spoločnosťou v situácii, keď sebe ani spoločnosti nerozumie. Prežitie ľudstva bude vo veľkej miere závisieť od toho, či a ako rýchlo sa túto disproporciu podarí odstrániť.

Silentium universi

Vesmír mlčí. Už celé desaťročia pokúšajú sa rádioastronómovia detegovať vo vesmíre elektromagnetické signály, z ktorých by sa dalo usúdiť, že ich zdrojmi sú zariadenia skonštruované inteligentnými bytosťami. Bez úspechu. Výkonné rádioteleskopy by dokázali zachytiť takéto signály, aj keby prichádzali od objektov vzdialených od nás niekoľko miliárd svetelných rokov. Zdá sa, že my, príslušníci biologického druhu Homo sapiens, nemáme príbuzných vo vesmíre; sme v ňom sami.

Je to paradox: technických civilizácií malo by byť vo vesmíre veľa; najbližšie by mohli byť už v dosahu niekoľkých desiatok svetelných rokov. Projekt hľadania mimozemských civilizácií (SETI, Search for Extra-Terrestrial Intelligence) 2) sa opiera o rovnicu, ktorú r. 1961 sformuloval americký astronóm Frank Drake:

N = N* . fp . ne . fl . fi . fc . fL,

kde N je počet civilizácií v našej galaxii schopných komunikovať;

N* je počet hviezd v našej galaxii, má hodnotu 100 miliárd (1011);

fp je podiel hviezd, ktoré majú planéty, a odhaduje sa na 0,2 až 0,5. Nedávne objavy planét a hviezd astronomicky nie veľmi vzdialených od slnka to potvrdzujú;

ne je priemerný počet planét hviezdy s planetami, na ktorých sú podmienky umožňujúce vznik a udržanie života, odhad je 1–5;

fl je podiel planét, na ktorých život naozaj vznikol, jeho hodnota sa blíži 1. Teda na všetkých planétach, na ktorých sú podmienky pre vznik života, by život mal naozaj vzniknúť;

fi je podiel planét, kde život dosiahol inteligenciu, odhadovaná hodnota je nie príliš menšia ako 1;

fc je podiel planét obývaných inteligentnými bytosťami, ktorých obyvatelia sú schopní komunikovať navonok. Podľa odhadov má hodnotu 0,1–0,2. Nemáme dôvod nedôverovať týmto číselným odhadom. Podložené sú empirickými údajmi a plauzibilnými teóriami astrofyzikov, astronómov, chemikov, evolučných biológov, sociobiológov;

fL je podiel veku planéty, počas ktorého je civilizácia schopná komunikovať. Je to najnejasnejšia premenná v rovnici. Pre našu Zem platí: Jej celkový vek, tak ako vek celej slnečnej sústavy, by mohol byť okolo 10 miliárd rokov. Na rádiových vlnách komunikujeme zatiaľ iba trochu viac ako 100 rokov. Ak by sme si túto schopnosť udržali až do vyhorenia Slnka, teda ešte 5 miliárd rokov, platilo by fL = 0,5. Keby fL malo podobnú hodnotu pre iné civilizované planéty našej galaxie, N by bolo rádovo 109: v našej galaxii by existovala nie menej ako miliarda civilizácií. Zo všetkých strán by bola Zem zaplavovaná zmysluplnými rádiovými signálmi. Pritom sa odhaduje, že naša galaxia, s jej sto miliardami hviezd, je len jednou zo sto miliárd iných galaxií.

No k celkom inému výsledku dospejeme, ak dobu pretrvávania civilizácie podstatne skrátime. Predpokladajme, že technická civilizácia, od okamžiku keď objavila možnosť rádiovej komunikácie, prežíva iba 200 rokov. Ak by sa na všetkých planétach bol život vyvíjal podobne a približne rovnako rýchlo ako na Zemi, existovalo by dnes zároveň s nami v našej galaxii niekoľko tisíc technických civilizácií. Rovnaká rýchlosť evolúcie vesmírnych civilizácií je však vylúčená. Veď i na našej Zemi sú tempá biologickej evolúcie rozdielne a náhodné faktory môžu spomaliť či zrýchliť evolúciu druhov nie o stáročia, ale o milióny rokov. O rýchlosti evolúcie rôznych kultúr, i o začiatkoch konštituovania experimentálnej vedy v európskej kultúre tak isto rozhodlo veľa neznámych, a iste aj náhodných, faktorov. Ak by polovica z vesmírnych civilizácií nás bola v rýchlosti svojej evolúcie predbehla iba o niekoľko storočí, dnes by už z ich planét neprichádzali k nám nijaké rádiové signály. A ak ostatné civilizácie objavia rádiové vlny až po roku 2100, už by nemuseli zastihnúť nás.

Záver je nevyhnutný: K evolúcii života do podoby technických civilizácií schopných mobilizovať prírodné sily pre svoje účely dochádza v rôznych častiach vesmíru takmer s istotou. Ak sa však rôzne technické civilizácie navzájom nestretnú, môže to byť iba tým, že – posudzované z hľadiska astronomického času – síce veľmi dlho trvá, kým vzniknú, no ich vlastné pretrvávanie je veľmi krátke.

Prečo?

Je niečo v povahe evolúcie, biologickej alebo kultúrnej, čím by to bolo možno vysvetliť? Je to prírodná nevyhnutnosť? Sú možné výnimky? Môže sa ľudstvo stať výnimkou?

Evolúcia vesmíru, jednosmernosť vesmírnych procesov: račety

Aká je najvšeobecnejšia otázka, akú človek vôbec môže postaviť? Táto: Prečo vôbec „niečo“ je, prečo nie je „nič“? Odpoveď – aspoň zatiaľ – nám veda neposkytuje. Nevieme ani, či je otázka správne postavená, či má zmysel.

Aká je druhá najvšeobecnejšia otázka? Možno táto: Prečo sa vôbec niečo deje, prečo sa svet mení, prečo existuje „šípka času“? Na túto otázku má veda prinajmenšom dve odpovede. (Raz sa možno ukáže, že majú spoločného menovateľa, ba že sú dvomi podobami tej istej odpovede.) Prvá odpoveď: Náš vesmír sa rozpína. Začal z nulového bodu, zo singularity. Rozpínanie je jednosmerné; a tak sú jednosmerné aj procesy, čo vo vesmíre bežia. Druhá odpoveď: Vesmír pozostáva z fyzikálnych systémov; a v každom systéme, pokiaľ je od iných izolovaný, bežia iba také procesy, pri ktorých sa neusporiadanosť systému zvyšuje. Druhá odpoveď, vyjadrená v rozmanitých podobách, je vyjadrením princípu, nazývaného druhou vetou (niekedy nie celkom správne druhým zákonom) termodynamiky.

Ak by druhá veta termodynamiky neplatila, svet by sa síce pohyboval, ale s rovnakou pravdepodobnosťou vo všetkých smeroch. Bol by ako ideálne kyvadlo v dokonalom vákuu: raz rozkývané, kývalo by sa donekonečna. Energia – to „niečo“, o čom vieme iba to, že je „substanciou“ diania – menila by iba svoju formu, ale nie svoju kvalitu. Nič nové by nevznikalo – a tak by sa vlastne nič nedialo. V skutočnosti, v reálnych prírodných procesoch, pokiaľ bežia v izolovaných systémoch, sa kvalita energie mení; posudzovaná z hľadiska nás, ľudských pozorovateľov, sa kvalita energie znižuje, energia sa „znehodnocuje“: rast neusporiadanosti je spojený s disipáciou energie.

To druhá veta termodynamiky spôsobuje, že „neporiadok vzniká sám od seba a na usporiadanie musíme vynaložiť prácu“, ako raz pobavene konštatoval jeden poľský spisovateľ. (Nevediac, že vlastne vymyslel vlastnú formuláciu jedného z najdôležitejších fyzikálnych princípov.) Jej platnosť nám vysvetľuje, prečo pôda eroduje, kamene sa rozsýpajú, stroje hrdzavejú; prečo nijaký proces vo svete nemôže byť úplne presný: naše gény mutujú, lebo pri ich kopírovaní rastie neusporiadanosť – vznikajú chyby; ako indivíduá starneme a nakoniec zomierame, lebo počas života sa proteíny nášho tela stávajú stále vadnejšími; kozmické koráby, akokoľvek technicky dokonalé, občas explodujú hneď po štarte a atómové reaktory viacnásobne istené proti poruchám môžu zlyhať a zamoriť Zem rádioaktivitou; kultúry vznikajú, expandujú, a nakoniec zanikajú.

Tendencia prírody k zväčšovaniu neusporiadanosti, disipácia energie, neustále objavovanie sa chýb a porúch, náhodnosť ako komponent diania, nepresnosti pri kopírovacích procesoch... sú paradoxne zároveň jediným zdrojom inovácií, „vyššieho“ poriadku a vedú k rastu komplexnosti v prírode. Práve paradoxnosť tohto poznatku spôsobila, že naň ľudstvo prišlo iba v 19. storočí; že jeho univerzálnosť sa stala jasnou iba v druhej polovici nášho storočia; že i pracovníci prírodných vied majú s jeho chápaním problémy; a že do kultúrnych vied prenikol zatiaľ iba nepatrne.

Predstava izolovaného systému je idealizáciou; možno jediný naozaj izolovaný systém je vesmír – ale ani tým nie sme si istí. Ak systémy nie sú navzájom izolované, môže zvyšovanie neusporiadanosti v jednom systéme viesť k zvyšovaniu usporiadanosti v druhom systéme: druhý systém sa stáva zložitejším, komplexnejším, ale na úkor rastu neusporiadanosti v prvom systéme. Takýto vzťah je exploatáciou – druhý systém „využíva“ prvý tým, že sa v ňom degraduje kvalita energie. Za špecifických podmienok dynamiky druhého systému, keď je disipácia energie intenzívna, dochádza v ňom k usporiadúvaniu, organizácii zložiek, vytvára a udržuje sa zvláštny typ štruktúr. Od nepamäti nám bili do očí vlny na povrchu vody, vodné víry, niektoré štruktúry tela živých organizmov, sociálne systémy – no iba pred tridsiatimi rokmi sme ich po prvýkrát dokázali vysvetliť a exaktne popísať: dynamické, disipatívne štruktúry. Na rozdiel od konzervatívnych štruktúr, ako sú kamene, kryštály, pohoria, je pretrvávanie disipatívnych štruktúr viazané na trvalú disipáciu energie.

V systémoch, v ktorých pretrvávajú disipatívne štruktúry, existujú predpoklady pre vytváranie ešte iného typu štruktúr: konštrukcií. Minulosť disipatívneho systému, jeho „skúsenosť“, je vložená do štruktúry konštrukcie. Konštrukcia tak predstavuje zabudovanú znalosť. K udržaniu konštrukcie nie je potrebná trvalá disipácia energie; pred rozpadom, rýchlym rastom neusporiadanosti, ju chránia kinetické bariéry.

Disipatívny systém, v ktorom existuje a udržuje sa organizovanosť, pretrváva dovtedy, pokiaľ je spojený s prvým systémom, v ktorom beží disipácia. Čím je prvý systém rozsiahlejší, čím účinnejšie ho druhý systém exploatuje (využíva), tým väčšiu šancu má druhý, disipatívny systém svoju organizovanosť, svoje štruktúry, zachovať. Disipatívny systém je na prvý systém, svoje prostredie, adaptovaný. Náhodné chyby, ktoré sa objavujú v disipatívnom systéme v dôsledku platnosti druhej vety termodynamiky, poväčšine sú systému na škodu, oslabujú jeho adaptáciu na prostredie, predstavujú informačný šum. Niektorá z chýb sa však môže ukázať výhodnou, adaptácia disipatívneho systému sa stane dokonalejšou, zo šumu sa stane informácia, z náhodného vychýlenia z pôvodného stavu sa stane znalosť. Štruktúrovanosť, komplexnosť disipatívneho systému sa zvýši, pretože sa v prvom systéme zvýši intenzita disipácie.

A tak je vesmír predstavovaný nesmiernym počtom akoby ozubených koliesok so skosenými zubami a so západkami, ktoré dovoľujú kolesám točiť sa v jednom smere, ale nie v smere opačnom: račety (česky rohatky, lidově račny). Existujú račety veľké, malé i najmenšie – molekulárne. Na jednej strane dochádza ku zvyšovaniu neusporiadanosti, zrýchľovaniu disipácie, na druhej strane k rastu komplexnosti, evolúcii. Nie však donekonečna: len čo sa nejaký račet porúcha, západka viac do zúbkov nezapadá – je po štruktúrach, je po komplexnosti.

Biologická evolúcia: dynamika génov

Premennú fl v Drakeovej rovnici teda považujeme za blízku jednej. Kdekoľvek vo vesmíre existujú také termodynamické podmienky, aké boli na Zemi v čase, keď sa na nej objavil život, dochádza k syntéze organických zlúčenín a včaššie či neskoršie ku vzniku nukleových kyselín. Nukleové kyseliny boli donedávna jedinečné medzi miliónmi iných látok, čo existujú na našej planéte: boli jediné, čo majú schopnosť autoreplikácie – z jednej molekuly nukleovej kyseliny môžu vzniknúť za vhodných podmienok dve identické molekuly. Autoreplikácia molekúl je prvým znakom života. Ešte pred dvomi desaťročiami neboli sme si nevyhnutnosťou procesov vedúcich k vzniku života takí istí ako dnes. Nik iný ako dvaja z najväčších biológov tohto storočia, obidvaja nositelia Nobelovej ceny, mali na vec iný názor. Podľa básnického vyjadrenia Jacquesa Monoda (1, s. 161) „vesmír nie je tehotný životom, ani biosféra človekom. Naše číslo padlo v rulete v Monte Carlo“. Francis Crick považoval vznik života na Zemi za tak málo pravdepodobný, že sa domnieval, že sa na Zem dostal z vesmíru 3).

Experimentálny výskum vzniku a evolúcie života svedčí však o inom. V učebniciach biochémie možno sa dočítať o pokusoch, ktoré sú dnes už klasické: Keď sa v laboratóriu naplní sklená banka zmesou jednoduchých plynov, z akých sa asi skladala prvotná atmosféra Zeme počas prvej miliardy rokov jej existencie, a zmesou sa púšťajú elektrické výboje napodobňujúce atmosferické búrky, vznikajú komplikované zlúčeniny, z ktorých je zložené naše telo: organické kyseliny, aminokyseliny, lipidy. Ale aj dusíkaté bázy, ktoré sú stavebnými zložkami nukleových kyselín. (Pokus je tak jednoduchý, že ho na niektorých univerzitách opakujú študenti na základných cvičeniach z biochémie.)

Samotný princíp autoreplikácie nukleových kyselín, „molekulárneho rozmnožovania“, nemá v sebe nič zázračného; plynie z ich chemickej štruktúry. Iba krôčik nás delí od okamžiku, keď sa biochemikom podarí v laboratóriu vytvoriť molekulu nukleovej kyseliny, v ktorej budú stavebné komponenty pospojované takým spôsobom, že molekula bude schopná katalyzovať tvorbu seba samej z týchto stavebných komponentov, a teda svoje vlastné rozmnožovanie; podstatné kroky už boli urobené4). Ba nukleové kyseliny nie sú viac na Zemi jediné látky s takouto vlastnosťou: organickí chemici pripravili nedávno iné, umelé zlúčeniny, ktorých chemická štruktúra tiež umožňuje – zatiaľ, pravda, len za prispenia chemikov – autoreplikáciu 5).

Dnes ešte potrebujeme enzýmy, katalyzátory biologického pôvodu, aby sme mohli „rozmnožovanie“ molekúl nukleových kyselín sledovať v laboratóriu v evolučných reaktoroch [66), s. 215]. Tento výskum však verne napodobňuje procesy, ktoré prebiehali na Zemi pred štyrmi miliardami rokov a zrejme aj inokedy a inde vo vesmíre. Autoreplikujúce molekuly „súťažia“ medzi sebou o stavebné látky; tie molekuly, ktoré sa „rozmnožujú“ pomaly, majú menej „potomkov“ než tie, ktoré vytvárajú viac svojich kópií; rýchle „vyhrávajú“, pomalé sú vytláčané z populácie, prehrávajú v „boji o život“. Čo sa stane, ak zmeníme podmienky v reaktore: napríklad zvýšime teplotu? Niektoré z molekúl majú takú štruktúru, že vyššiu teplotu „neznesú“, prestanú sa množiť alebo sa úplne rozpadnú. „Vyhrávajú“ tie, ktorých štruktúra umožňuje autoreplikáciu pri zvýšenej teplote, ktoré sú na vyššiu teplotu „adaptované“. Môžeme meniť iné premenné v reaktore, pH, tlak, koncentračné pomery stavebných látok; môžeme pridať škodlivé chemikálie, ktoré brzdia autoreplikáciu, alebo katalyzátory, ktoré rozkladajú nukleové kyseliny – a zas beží „súťaž“ medzi molekulami, zas nakoniec prevládnu také molekuly, ktoré „priaznivé“ vlastnosti prostredia dokážu využiť a ku „škodlivým“ vlastnostiam prostredia si „vypracujú“ odolnosť. Každá z molekúl „zápasiaca“ s inými rozdielnymi molekulami a s nepriaznivými vlastnosťami prostredia je bezohľadne „sebecká“, má jediný „záujem“, jediný „cieľ“, svoje vlastné „prežitie“. „Stará sa“ iba o svojich potomkov; ak sa spája s inými, rozdielnymi molekulami do „koalícií“, ak s nimi „kooperuje“, tak iba „zo sebeckej vypočítavosti“. Prirodzený výber nakoniec „rozhodne“ o tom, ktorá z molekúl v „boji o život“ uspeje.

Prečo toľko slov v predchádzajúcom odstavci je umiestnených do úvodzoviek? Pretože použité slová, hoci verne popisujú dynamiku toho, čo sa v evolučnom reaktore deje, sú samozrejme antropomorfizmami. Molekuly nesúťažia, nebojujú, neadaptujú sa, nemajú ciele, neprežívajú. Sú. Existujú. Javia onticitu. Molekula akejkoľvek látky existuje dovtedy, kým sa nerozpadne alebo nezmení na inú molekulu, s inou štruktúrou, s inými vlastnosťami. Určovateľom onticity je stabilita. Molekula môže existovať v jedinom exemplári, ale aj vo veľkom množstve identických kópií. Stabilita môže byť statická, molekula je konzervatívnou štruktúrou – je odolná voči deštruujúcim vplyvom prostredia – alebo dynamická: vtedy, keď je molekula súčasťou disipatívneho systému. V podmienkach dynamickej stability sa poškodenia molekuly, spôsobené prostredím, môžu reparovať, alebo sa onticita molekuly udržuje prostredníctvom kópií: čím viac rovnakých kópií, pokiaľ možno rozptýlených vo veľkom priestore, tým väčšia šanca, že aspoň jedna z nich pretrvá. Ak sú rôzne stabilné molekuly zmiešané dohromady a sledujeme ich onticitu v rôznych časových okamžikoch, stabilnejšie molekuly identifikujeme po dlhšiu dobu, menej stabilné sa postupne vytrácajú. Molekuly nevedia nič o svojom osude, o svojom prostredí, o iných molekulách, o svojej vlastnej existencii – to my, pozorovatelia, popisujeme ich pretrvávanie v čase. Popisujeme jediným možným spôsobom: antropomorficky, prostriedkami prirodzeného jazyka. (Alebo, podstatne menej názorne, prostredníctvom jazyka matematiky.)

Nukleové kyseliny vďaka svojej dynamickej stabilite sú najstabilnejšími molekulami vo vesmíre. Diamant, látka s mimoriadne vysokou konzervatívnou stabilitou, môže pretrvať nezmenený milión rokov. Nukleové kyseliny sú podstatne stabilnejšie: niektoré z nich, iba nepatrne zmenené, existujú na Zemi viac ako tri miliardy rokov.

Čo sa stane, ak do evolučného reaktora dáme jedinú nukleovú kyselinu s jednoznačným usporiadaním stavebných komponentov? Bude sa množiť, bude vytvárať svoje kópie. Tie však nebudú všetky rovnaké: tendencia k rastu neusporiadanosti, diktovaná druhou vetou termodynamiky, spôsobí, že pri vytváraní kópií budú vznikať omyly v štruktúre a jednotlivé molekuly budú sa od seba štruktúrne odlišovať. Takéto zmeny v nukleových kyselinách nazývame molekulárnymi mutáciami. Táto náhodná variabilita vygeneruje postupne tú pestrosť rozdielnych molekúl, molekulárnych indivíduí, ktorú sme spomenuli v predchádzajúcich odstavcoch. Rozdielne molekuly nukleových kyselín môžu tiež medzi sebou rekombinovať: vymieňať si navzájom časti molekúl. Pretrvávanie každého indivídua, jeho onticita, bude závisieť od troch faktorov: od toho, aká je jeho vnútorná stabilita, v koľkých kópiách sa vyskytuje a ako je adaptované na prostredie, v ktorom sa nachádza (ktorého súčasťou, vedľa fyzikálnych premenných, sú aj všetky ostatné molekulárne indivíduá). Ak vytvára viac kópií ako indivíduá, s ktorými „súťaží“ o prežitie, hovoríme, že v porovnaní s nimi vykazuje väčšiu darwinovskú fitness (zdatnosť, výkonnosť, silu).

V laboratórnych evolučných reaktoroch sme zatiaľ schopní napodobniť len prvú fázu evolúcie nukleových kyselín: autoreplikáciu molekúl, ich variabilitu pri kopírovaní a prirodzený výber. V tejto fáze mala nukleová kyselina jedinú funkciu: funkciu autoreplikácie. V druhej fáze získala funkcie, ktorých evolúciu nevieme zatiaľ modelovať. Nukleová kyselina sa stala novým typom konštrukcie: nosičom kódu – usporiadanie jej stavebných komponentov neumožňovalo len autoreplikáciu vlastnej molekuly, ale aj vytváranie špecifických štruktúr iných molekúl: proteínov. Proteíny, na rozdiel od nukleových kyselín, nie sú schopné autoreplikácie. Majú však iné výhodné vlastnosti: zvyšujú stabilitu nukleovej kyseliny tak, že ju mechanicky chránia, že zrýchľujú jej replikáciu, že podstatne zvyšujú jej adaptáciu na prostredie. Zvyšujú adaptáciu tým, že relevantné vlastnosti prostredia (relevantné z hľadiska pretrvávania, onticity nukleovej kyseliny) registrujú a že na ne reagujú takým spôsobom, aby sa pravdepodobnosť pretrvania a rozmnoženia nukleovej kyseliny zvýšila. Proteíny takto, vedľa iných funkcií, plnia funkciu molekulárnych rozpoznávačov prostredia. Ale samotná evolučná znalosť, „získaná“ procesom prirodzeného výberu, sa naďalej zabudováva do konštrukcie nukleovej kyseliny. Nukleové kyseliny sú nositeľmi fylogenetickej (v priebehu evolúcie získanej) pamäti.

Gén označuje entitu, ktorá sa dedí, prenáša z jednej generácie organizmov na druhú, a ktorá pritom spravidla zároveň určuje nejakú materiálnu vlastnosť, napr. štruktúru proteínu, ale aj iné materiálne vlastnosti organizmov, i také, ktoré sa nakoniec prejavujú v správaní alebo poznávaní. Gény sa niekedy nesprávne stotožňujú s nukleovými kyselinami. Nukleové kyseliny sú však len materiálnymi nosičmi (a tým aj efektormi) génov. Práve vďaka autoreplikačnej schopnosti nukleových kyselín môžu gény fungovať ako replikátory: ich počet sa môže zvyšovať a môžu sa prenášať medzi rôznymi indivíduami.

Z proteínov si nukleové kyseliny „dokázali“ v procese prirodzeného výberu trvajúceho niekoľko miliárd rokov vytvoriť kopírovacie zariadenia, prenášače a stabilizačné prostriedky vysokej účinnosti: bunky, tkanivá, individuálne organizmy. Prirodzený výber im postupne „umožnil“ kódovať štruktúru proteínov s najrozmanitejšími funkciami: Takých proteínov, ktoré individuálnym organizmom dávajú schopnosť pohybovať sa v prostredí, unikať z oblastí nevýhodných a vyhľadávať oblasti výhodné (a znovu: nevýhodné či výhodné z jediného hľadiska – z hľadiska zachovania kódujúcich nukleových kyselín). Iné proteíny sa podieľajú na konštruovaní nervového systému: zariadenia na veľmi rýchle a detailné rozpoznávanie prostredia a na adekvátne reagovanie na jeho vlastnosti. Zariadenia, ktoré navyše je schopné zhotovovať konštrukcie, neurónové siete, do ktorých je ukladaná nie evolučná znalosť, ale nový typ znalosti – tej, čo konkrétny organizmus získava v priebehu svojho individuálneho života. Neurónové siete sú nositeľmi ontogenetickej (v individuálnom vývoji získanej) pamäti.

Súbor génov ako replikačných jednotiek predstavuje genotyp organizmu. Vlastnosti organizmu, ktoré su génmi kódované, ako napríklad látková premena, tvar tela, stereotypy správania, myslenia a cítenia, tvoria jeho fenotyp. U evolučne mladších, komplexnejších, „vyšších“ organizmov sú gény usporiadané do hierarchií. Gény umiestnené vysoko v hierarchii neslúžia na to, aby „predpisovali“ detailné vlastnosti organizmu, ale vymedzujú rámcové podmienky, v hraniciach ktorých sa môže organizmus pružne prispôsobovať konkrétnemu prostrediu. Na konštruovaní fenotypu sa potom podieľajú nielen gény, ale aj samotné prostredie. No toto individuálne prispôsobenie organizmu sa nezapisuje do genotypu, genotyp je od fenotypu oddelený Weismannovou bariérou. Prírodný výber „nevidí“ genotyp, ale len fenotyp; preto triedi, preberá a vyraďuje organizmy podľa ich fenotypu. No v poslednej inštancii boli vybrané a pretrvávajú iba gény, ktoré mali to „šťastie“, že kódujú „vhodné“ prejavy fenotypu a vhodné rámcové podmienky pre individuálnu adaptáciu: cez fenotypy prírodný výber selektuje gény. (Prírodný výber selektuje aj gény, ktoré nekódujú nič, len vytvárajú svoje kópie, ak sa dokážu rafinovane spojiť s génmi, ktoré kódujú to, čo sa prirodzenému výberu „páči“. Podobne sú selektované gény, čo sa dokážu „poza chrbát“ užitočných génov zatajiť. To sú napríklad gény mnohých vírusov.)

Neustále zdokonaľovanie zariadení, ktorým individuálny organizmus registruje okolité prostredie, ako výsledok prirodzeného výberu, nemôže nedosiahnuť štádia, v ktorom organizmus začína pozorovať a registrovať nie iba svoje prostredie, ale sám seba, svoju vlastnú existenciu: objavuje sa sebauvedomenie.

Základnú ideu o význame neusmernených dedičných variácií, ktorých interakcie medzi sebou a prostredím spôsobujú výber a to, čo prejde sitom výberu, je usporiadané a pôsobí na nás dojmom zacielenosti a zmysluplnosti, vyslovil Charles Darwin. Rok 1859, kedy vyšla jeho kniha, je prelomom v dejinách ľudského pohľadu na prírodu. Táto koncepcia je nazývaná darwinizmom. Skôr z dôvodov konceptuálnej jasnosti, než že by šlo o historicky vernú interpretáciu, názor protikladný darwinizmu sa označuje ako lamarckizmus. Podľa lamarckizmu v živej prírode je prítomná tendencia k zdokonaľovaniu. Zacielenosť a zmysluplnosť nie je zdanlivá, produkt selekcie, ale inherentná životu. Vyvíjajúce sa jednotky prispôsobujú svoje vlastnosti prostrediu tak, aby s ním boli v súlade a takto „vylepšené“ vlastnosti sa dedia. Lamarckizmus je laickému uvažovaniu intuitívne blízky a má v sebe veľkú emocionálnu príťažlivosť; pretrváva v mysli laikov i vedeckých pracovníkov rôznych disciplín, hoci je bez empirickej podpory a je vyvracaný celým vývojom vedeckého poznania.

Biologická evolúcia je dynamikou génov, ktoré sa replikujú a mutujú a z ktorých sa zachovávajú tie, čo prejdú sitom prirodzeného výberu. Akokoľvek náhodné však sú replikačné chyby v nukleových kyselinách, akokoľvek arbitrérne môžu byť konkrétne podoby organizmov, biologická evolúcia je progredujúca a má smer: k stále väčšej komplexnosti, ku konštrukciám so stále početnejším súborom uložených znalostí, k stále detailnejšiemu rozpoznávaniu relevantných vlastností prostredia. A teda nakoniec i k vede ako systemizovanému poznávaniu a k využívaniu vedeckých poznatkov pre konštruovanie technickej civilizácie. V evolúcii života neustále pribúda poznanie. Ak je však život nevyhnutným prejavom evolúcie vesmíru, potom aj celá evolúcia vesmíru je evolúciou poznania.

A aké je miesto človeka v tomto procese? „Nukleové kyseliny vymysleli človeka na to, aby boli schopné reprodukovať sa dokonca aj na Mesiaci“ [77), s. 124].

Človek: nekonzistentný výsledok evolučného zmajstrovávania

Je ťažko odhadnúť, ktoré iné živočíchy okrem človeka sú schopné sebauvedomenia. Nesporné je, že prirodzený výber oň „usiloval“ vo viacerých evolučných vetvách. V niektorých prípadoch uviazol v slepej uličke. Napríklad u hmyzu vonkajší chitínový skelet obmedzuje maximálne možnú veľkost tela a tak nedovoľuje vytvorenie komplexných nervových systémov zložených z miliárd nervových buniek. (A kolektívna inteligencia hmyzích spoločenstiev – akási náhrada za komplexný individuálny nervový systém – nedokáže túto obmedzenosť významnejšie prekonať.) V iných vývojových vetvách sú zas selekčné tlaky malé a evolúcia postupuje pomaly.

V jedinej evolučnej vetve, tej ktorá viedla k človeku, prebiehala evolúcia neobyčajne rýchlo. Spúšťačom rýchleho procesu boli klimatické zmeny, ku ktorým došlo v strednej Afrike pred 5–7 miliónmi rokov. Spoločný predok dnešného človeka (Homo sapiens) a dnešného šimpanza (Pan troglodytes) žil vtedy v tejto oblasti ako živočích, ktorého životným prostredím boli konáre stromov tropických lesov a potravou najmä ovocie a možno drobné živočíchy. Anatomicky, správaním a inteligenciou nebol asi príliš odlišný od dnešných šimpanzov. Pod tlakom klimatických zmien sa tropické lesy začali strácať a na ich mieste sa objavovala trávnatá step, savana. Savanu obsadili živočíchy na toto prostredie dobre uspôsobené: bylinožravce a dravce, ktorým ostatné živočíchy slúžili ako korisť. Náš evolučný predok, uspôsobený pre relatívne bezpečnú existenciu v konároch stromov, do tohto nového prostredia nijako nepasoval: nebol bylinožravec, nedokázal utekať rýchlo ako gazely, nemal mohutné telo ako slony, v schopnosti lovu nemohol sa porovnávať s tigrami alebo levmi, ale sám bol ich ľahkou korisťou. Ak prežil, musel mať už v pôvodnom prostredí, v konároch stromov, predpoklady pre rýchlu adaptáciu na nové prostredie. Tie neboli v možnosti anatomických zmien – predpokladali by početné a rozsiahle zmeny v štruktúre nukleových kyselín – ale v niečom inom: v možnosti rýchlo zdokonaliť nervový systém, zväčšiť veľkosť mozgu, počet neurónov, zložitosť neurónových sietí. K tomu sa nukleové kyseliny nemuseli veľa meniť, skôr to vyžadovalo len nejaké – zatiaľ nevyjasnené – zmeny v časovej koordinácii ich funkcií počas individuálneho vývoja. Veď práve preto sa aj dnes štruktúrou svojich nukleových kyselín od šimpanza líšime iba nepatrne.

Pomerne dobre rozvinutý nervový systém slúžil nášmu predkovi v konároch stromov k vizuálnej orientácii a koordinácii pohybov. Rýchlo a podstatne zdokonaľovaný prirodzeným výberom získal v savane ďalšie funkcie: umožnil zhotovovanie nástrojov pre lov, zber a obranu; koordináciu činností v sociálnych skupinách; simuláciu motorickej činnosti, predvídanie, plánovanie – myslenie. Náš predok v savane prežíval ako lovec a zberač. Indiví-duum žijúce osamote, ba ani úzka rodina, nemali šancu prežiť; prirodzený výber nás selektoval na život v skupinách – človek je sociálny, skupinový, živočích.

Rýchla evolúcia nervového systému priniesla so sebou prinajmenšom tri evolučné inovácie:

  1. Rozvoj nervového systému bol spojený s rastom mozgu. V porovnaní s predchodcom, ktorého sme mali spoločného so šimpanzom, je náš mozog relatívne k telesnej váhe možno až štyrikrát väčší (je relatívne viac než trikrát väčší ako mozog dnešných šimpanzov) 81). Zväčšovanie mozgu si vynucovalo zväčšovanie lebečnej dutiny a tým zväčšovanie relatívneho objemu hlavy. V pokročilom embryonálnom štádiu, ešte v tele matky, zväčšovala sa hlávka dieťaťa tak silno, že by pri pôrode nedokázala prejsť pánevnou bránou rodičky. Prirodzený výber „rozriešil“ problém originálnym spôsobom: v porovnaní s mláďatami iných stavovcov sa ľudské mláďa rodí predčasne – zväčšovanie hlavy a rast mozgu pokračuje ešte dlho po pôrode. To však vytvára jedinečnú možnosť, aby konštruovanie mozgu mohlo byť podstatne ovplyvnené po narodení: už nie iba evolučná skúsenosť druhu, ale konkrétne prostredie, predovšetkým rodičia a ich predchádzajúca skúsenosť, rozhodujú o formovaní konečnej podoby nervového systému, a tým psychiky konkrétneho človeka. Do mozgu jedinca sa v špecifických vývojových fázach po narodení vpečaťujú údaje, ktoré v ňom ostanú natrvalo, aj keď poväčšine mimo kontroly vedomia, a vedľa zdedených predpokladov rozhodujúcim spôsobom určujú na celý život podobu jeho psychiky.

  2. Individuálny organizmus, jeho štruktúra a správanie je evolučne pokročilým, veľmi účinným spôsobom, ktorým si nukleové kyseliny zaisťujú svoju onticitu. Správanie musí byť „cieľové“ – zamerané v konečnom dôsledku na udržanie a replikáciu nukleových kyselín. U vyšších organizmov o cieľovosti správania rozhodujú emócie: abstraktné štandardy, oproti ktorým sa v každom konkrétnom konaní preveruje jeho účelovosť – správanie vyhodnotené ako účelné, približujúce k cieľu, vyvoláva pozitívne emócie, správanie pomýlené je emocionálne negatívne. Keď sa v evolúcii začne, ako jedna z vlastností komplexného nervového systému, vynárať sebauvedomenie, emócie začínajú byť subjektívne pociťované: pozitívne emócie ako príjemnosť, negatívne ako nepríjemnosť, trápenie, utrpenie. Subjektívne prežívanie emócií sa potom stáva súčasťou pozitívnej spätnej väzby, ktorá zväčšuje rozsah a význam sebauvedomenia. Vedomé prežívanie emócií má za následok, že vyhýbanie sa utrpeniu a vyhľadávanie slasti sa u bytosti obdarenej sebauvedomením stáva stále viac účelom samým pre seba. V evolúcii človeka sa emócie stali asi postupne samostatnou evolučnou silou, objavil sa emocionálny výber, selektované bolo všetko, čo vyvolávalo príjemnosť a zmenšovalo utrpenie. Človek sa stal vyhľadávačom slasti. Sexuálny proces, ktorý u iných živočíchov slúži výlučne a striktne reprodukcii jedincov (v molekulárnej optike: zhotovovaniu nových kópií nukleových kyselín), sa u človeka vo veľkej miere osamostatňuje od reprodukčnej funkcie a je evolučne tvárnený najmä ako zdroj intenzívnych emócií. Viac cez vedomé prežívanie emócií než cez vedomú reflexiu sveta sa človek stáva živým tvorom sui generis. Evolučné úvahy opodstatňujú preformulovanie Descartovej ontologickej evidencie: cítim, teda som.

  3. Abstraktné motorické manipulovanie s prostredím, virtuálne správanie, je myslením. Človek pravdepodobne myslí prostredníctvom abstraktného mentálneho jazyka, mentalézy 9). K prevratnej udalosti došlo v jeho evolúcii vtedy, keď sa, možno ako dôsledok jedinej alebo niekoľko málo mutácií, vytvoril vokálny trakt a človek získal schopnosť vokalizovať: mentaléza sa premenila na hovorený jazyk. Je možné, že sa tak stalo len pred 30–50 tisíc rokmi. Hovorený jazyk urobil dominantným mechanizmom evolúcie človeka nový typ evolúcie vesmíru, ktorý sa len v nepatrnej miere pozoruje u iných živočíšnych druhov: kultúrnu evolúciu.

Individuálne organizmy, ako špecifické zariadenia pre udržovanie onticity nukleových kyselín, sú v podstate konzistentné štruktúry a konzistentným je aj správanie sa vyšších živočíchov. A to napriek tomu, že sú výsledkom evolúcie, v ktorej náhoda vždy hrala dôležitú úlohu, výsledkom, podľa vyjadrenia F. Jacoba 10), „evolučného zmajstrovávania“ (kutilství, bricolage, tinkering). Človek je výnimkou: pri veľkej rýchlosti posledných fáz jeho biologickej evolúcie prirodzený výber nemal dosť času, aby zladil všetky evolučné inovácie do konzistentnej podoby; emocionálny výber priniesol ďalšie inkonzistencie; no najmä kultúrna evolúcia svojou rýchlou autonómnou dynamikou vytvára stále nové prostredie, pre ktoré biologická výbava človeka nestačí alebo sa s ním dostáva do rozporu.

Literatura

1) Monod J.: Le hasard et la nécessité. Éditions du Seuil, Paris 1970
2) seti1.setileague.org/general.htm />
3) Crick F.: Of molecules and man. University of Washington Press, Seattle and London 1966
4) Lorsch J. R., Szostak J. W.: In vitro evolution of new ribozymes with polynucleotide kinase activity. Nature 371, 31–36, 1994
5) Rebek J.: Synthetic self-replicating molecules. Sci. Amer. 271, 34–40, 1994/1
6) Küppers B.-O.: Der Ursprung biologischer Information. Pipper, München 1986
7) Spiegelman S., citované v Eigen M.: Steps toward life. Oxford University Press, Oxford 1992
8) Calvin W. H.: The ascent of man. Bantam Books, New York 1990
9) Pinker S.: The language instinct. Morrow, New York 1994
10) Jacob F.: Evolution and tinkering. Science 196, 1161–1167, 1977

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Věda a společnost

O autorovi

Ladislav Kováč

RNDr. Ladislav Kováč, DrSc. (1932) je profesor biochémie na Prírodovedeckej fakulte Univerzity Komenského v Bratislave. Venuje sa kognitívnej biológii. Je členom Slovenskej akademickej spoločnosti a zahraničným členom Učené společnosti ČR. Po novembri 1989 bol deväť mesiacov ministrom školstva SR. E-mail: kovacl@fns.uniba.sk

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné