Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Epigenetický stroj

MARCELLO BARBIERI: The organic codes. An introduction to semantic biology Cambridge University Press, Cambridge 2003, 300 stran, cena 17.95 liber šterlink, náklad neuveden, ISBN ­0­-521-­53100-4
 |  16. 2. 2004
 |  Vesmír 83, 111, 2004/2

Lidé, kteří se profesionálně obírají životem, se dělí zhruba do dvou skupin. V jedné se nachází většina biologů – ti předpokládají, že živé bytosti se skládají z objektivně rozpoznatelných, popsatelných nebo vypočitatelných entit, které se řídí podle neměnných přírodních zákonů. Druhou skupinu tvoří zejména zástupci oborů humanitních, kteří zdůrazňují kontextuální a historické aspekty „světa života“, tj. právě ty vlastnosti, které má život jaksi „navíc“ oproti objektivním konstruktům chemie a fyziky. Ty dvě skupiny se asi nikdy nedohodnou a diskuse mezi nimi končí krčením rameny. Když „jde o život“, musíme se asi spokojit s tím, že zde napořád budeme mít dva neslučitelné – a přesto pravdivé – popisy. Pokusy o překlenutí strže mezi oběma přístupy jsou obvykle neúspěšné a odsuzované oběma stranami. Obáváme se, že podobný bude i osud recenzované knihy z pera molekulárního a vývojového biologa M. Barbieriho. Přitom téma je úžasné a byla by škoda, kdyby zapadlo. Není vůbec běžné, aby se vědec snažil obohatit standardní terminologickou výbavu biologie novým základním pojmem, a navíc aby tím pojmem byl význam (meaning).

Základní myšlenkou knihy je konstatování, že biologie není schopna správně uchopit a pochopit život, protože se zcela soustředila jen na dva ze tří základních aspektů života – na energii a informaci. Tím třetím, zcela zanedbávaným pilířem je význam. Právě skrze význam se v živém objevují úkazy, jako je paměť, zavedené vztahy (genetický kód), konvence nebo intencionalita, a právě ony vymezují živé vůči slepým kauzálním vztahům vládnoucím ve světě neživém. Příkladem může být, říká Barbieri, srovnání běžné chemické reakce a syntézy proteinu. Běžné reakce budou probíhat opakovaně a předvídatelně (přesněji řečeno statisticky předvídatelně) a jejich průběh bude záviset na energetice reakce a na vnějších podmínkách (jako jsou teplota, pH, koncentrace atd.). Nic z toho není postačující pro syntézu molekuly proteinu, ke světu chemických reakcí zde přistupuje ještě svět informační – zápis v nukleových kyselinách. A teď pozor: oba světy jsou propojeny něčím, co nepatří do žádného z nich – kódem (zjednodušeně řečeno tRNA). Díky tomuto rozhraní se v procesu proteosyntézy vynořuje význam – právě proto jejím výsledkem není náhodný, ale zcela určitý polymer. Význam je objekt vztažený k jinému objektu prostřednictvím kódu, jak praví autor (viz ukázku), a kód sám je výsledkem nikoli přirozeného výběru, ale přirozených úmluv, konvencí.

Tohle ještě není nic převratného – připomíná to gratuitu (viz rámeček 1 ), kterou ve svém díle Náhoda a nutnost zavedl před 33 lety J. Monod (avšak je příznačné, že právě k pojmu gratuita přistupují obdivovatelé J. Monoda s rozpaky). Barbieri však jde dál a svůj vhled promítne na oba velké biologické příběhy. Z evoluce přirozeným výběrem se stane evoluce přirozeným výběrem a přirozenými úmluvami. Ontogeneze, obvykle nahlížená jako realizace programu, bude definována jako epigenetická rekonstrukce nekompletní informace a přibližována prostřednictvím metafory rekonstrukce objektu z jeho průmětů.

Samo vnesení pojmu význam do přírodovědy by mohlo dát základ smělé stavbě mostu mezi světem přírodovědeckým a humanitním; záleží ovšem také na tom, jak se s tímto pojmem zachází. Obáváme se, že Barbieriho pojetí významu je samo zatíženo jistým významovým posunem – můžeme jej popsat následujícím redukčněinflačním schématem. V dějinách vědy je tento posun natolik obecný, že by si snad zasloužil hlubší zpracování.

Redukčněinflační schéma

  • Vezmi široce užívaný termín. V důsledku mnohosti užití jsou jeho kontury rozmazané a pro odhalení významu nutno přihlížet ke kontextu. Patří sem slova jako informace, translace, rezerva, kapacita, logos. V zájmu technického použití v úzce vymezené oblasti proveď definitorické zúžení – redukci pojmu
  • .

  • Takto ošetřený pojem vrať zpět do oběhu a používej ho všude, i tam, kde se používal ještě před redukcí.
  • Hrdě prohlašuj, že dnes už, na rozdíl od minulých dob temna, víme, co daný termín znamená.

Schéma se dá nádherně demonstrovat na pojmu informace (rámeček dole) a něco podobného, domníváme se, provádí Barbieri se slovem význam.

Význam a kód

Příkladem kódu je pravidlo převodu z anglické abecedy do morseovky a zpět. Degenerovaným kódem je převod mezi českou a Morseovou abecedou – tam to jde jedním směrem jednoznačně (písmenu „c“ odpovídá „ – . – . “), nazpátek už ne: některým Morseovým kódům odpovídají dvě písmena v abecedě („ – . – . “ znamená „c“ i „č“). Co je přitom pro kódování důležité, je skutečnost, že existuje tabulka kódů, ve které jsou obsaženy všechny používané převody najednou, „jednou provždy“. Nemusí nás zajímat, jak kód vznikl, důležité je, že se v čase nemění, resp. mění se tak pomalu, že nás to nemusí zajímat (vždyť také evoluce genetického kódu je oříšek, který už po celá desetiletí zaměstnává mnoho brilantních mozků). Výhodou pak je, že převod z jedné abecedy do druhé lze svěřit strojům, není nad čím přemýšlet, kód je nezávislý na kontextu, i když může reagovat na pořadí znaku v řetězci (například za tečkou následuje velké písmeno; AUG znamená aminokyselinu methionin, avšak u bakterií na samém začátku řetězce znamená formylmethionin). Podobnou „gramatiku“ lze naučit jak stroj, tak buněčný proteosyntetický aparát ribozomů.

Upozornění na to, že kódy jsou něčím, co nelze odvodit od „zákonů fyziky a chemie“, ale že jsou historicky ustavenou konvencí, je cenné i dnes, 30 let po Monodovi. Barbieri však udělá krok, kterým celou analýzu dle našeho názoru zpacká: začne prohlašovat, že psaná a vyslovovaná forma přirozeného jazyka jsou také propojovacím kódem mezi objekty v mysli a objekty „tam venku“. Tam ale to propojení není tak jednoznačné: důležitější než gramatika jsou roviny sémantická, sémiotická a hermeneutická, do hry vstupují kontexty, zkušenost, situace apod. V přirozeném jazyce vyvstává pro příjemce význam teprve z této hry. Příjemcem – a to je dle našeho názoru rozdíl – už nemůže být stroj, nelze sestrojit „tabulky významů“ po vzoru tabulek kódů, význam vyvstává, rodí se z konkrétní situace. Sotva kdy se tedy stane předmětem experimentální vědy, a pokud se někdo o to pokouší, tak jen redukčněinflačním trikem.

Ještě k proteosyntéze: lze zastávat názor, že to, co buňka dělá, svůj význam, tedy že buňka jaksi , co dělá. Takový názor však do dnešní přírodovědy nepatří, protože nelze na jeho základě formulovat hypotézy a pokoušet se o jejich falzifikaci. Významy nevyvstávají ze slepého kódu, ale z toho, co při tom buňka dělá navíc – všechny ty sestřihy, transkripční, translační a posttranslační úpravy, zařazení proteinů do vhodných kontextů, diferenciace, morfogeneze apod. Pravda, mnozí se budou mračit, že přeci musí existovat nějaká mnohorozměrná hypertabulka kódů, kde je to všechno zapsáno, a že úkolem vědy je tento kód objevit a rozluštit, a toto že do vědy patří; taková je patrně i víra Barbieriho. Ano, toto věda umí: přikládat přísně definovanou cihličku poznatků k jiné cihličce za přísně definovaných podmínek. To však je právě situace, ve které se buňky snad nikdy normálně nenacházejí. Nemůžeme se proto divit, že když podobnou situaci vytvoříme, nalezneme i její – námi vnucená – pravidla. Analogií této situace je jazyk a chování sešněrované pravidly – na vojně, ve věznici, ve fungujícím úřadě, v justici. Jak poznamenal jeden náš vážený přítel (a měl pravdu), studiem lidského chování v podobných prostředích se toho hodně dovíme o lidské nátuře – a je to pravda. Vědecká bezpochyby – jen jestli celá.

Stroječku, postav se

Ilustrativní k našim dalším úvahám bude citát, který Barbieri převzal z knihy evolucionisty J. Maynarda Smithe: Dnes se stalo módou říkat, že morfogeneze (tj. vývoj tvarů) je programována geny. Domnívám se, že toto stanovisko, i když je v jistém smyslu pravdivé, nám příliš nepomůže. Aniž bychom dospěli k pochopení, jak ten program funguje, sugeruje nám falešný dojem, že jsme už něčemu porozuměli… Jednou z příčin, proč nám činí takové potíže pochopit vývoj forem, může být skutečnost, že neumíme postavit stroje, které by se vyvíjely. Velmi často jsme dospěli k pochopení biologických fenoménů teprve tehdy, když jsme postavili stroje s podobnými vlastnostmi – no a strojembryo postavit neumíme.

Barbieri rukavici zvedne. Využívá své zkušenosti s rekonstrukcí trojrozměrných struktur z dvojrozměrných průmětů (viz obrázek). Zhruba řečeno: při dané citlivosti lze matematicky odvodit minimální počet průmětů struktury potřebný k tomu, abyste byli ještě schopni z nich tuto strukturu rekonstruovat. Toto minimální množství uchovává veškerou informaci nutnou k rekonstrukci. Barbieri přichází s matematickým modelem, který prohlašuje za nový, i když vlastně využívá zažité kódovací a dekódovací postupy, jen jim přisuzuje nové významy. K rekonstrukci objektu pomocí tohoto modelu mu postačuje pouhá desetina z teoreticky nutných průmětů, avšak za předpokladu, že se procesu rekonstrukce účastní ještě paměť, která formou matrice uchovává a vyhodnocuje mezivýsledky iterativní rekonstrukce. Na začátku procesu je tato paměť prázdná a ukládá se do ní výsledek první nedokonalé rekonstrukce. Každý další průmět už je analyzován v součinnosti s touto paměťovou matricí, jejíž vlastnosti jsou určeny její vlastní strukturou a záznamy zpracování předchozích (1 až n–1) průmětů. Zpracovávaný průmět je tedy interpretován na základě předchozího průběhu rekonstrukce. (Nabízí se analogie „bootování“ počítače po zapnutí – ale Barbierimu se toto přirovnání při diskusi s námi příliš nelíbilo.) Dostáváme dlouho hledaný epigenetický strojembryo, který má na začátku k dispozici jen málo – pouhou desetinu – informace potřebné k rekonstrukci a během rekonstrukčního procesu si potřebnou informaci doslova vyrábí, staví se sám.

Od tohoto modelu se pak přeneseme do reálu: zygota budiž analogií oněch průmětů nesoucích malou část potřebné informace; navíc zygota zná organické kódy a je vybavena organickou pamětí. Výsledkem „rekonstrukce“ je, jak jinak, dospělý organizmus. „Nevěřte informatikům,“ volá autor, „když vám budou tvrdit, že informace nemůže vznikat: každé embryo to umí.“

Model je inspirující a na první pohled dovolí experimentální stavění hypotéz a jejich testování. Při druhém pohledu se přihlásí otázka: jak je to s tou pamětí? Nepředstavuje snad samotná její struktura a obsah oněch devět desetin chybějící „informace“ nutné k „rekonstrukci“? Je to podobné jako s gratuitou – nejde přece o informaci získanou zadarmo („gratis“), ale o zkušenost celých věků uloženou do struktury – v Monodově případě do struktury proteinu, u Barbieriho do „organické paměti“, ať se tím myslí cokoli. Tuto informaci nelze nijak kvantifikovat, vyhodnotit, popsat (takže „kolik“ je jí tam?) – a zase jsme mimo rámec „epigenetického stroje“ (mimochodem, samotný výraz je pěkný protimluv) a experimentální vědy.

Měli jsme čest s M. Barbierim diskutovat osobně a díky autorově cholerické povaze a stoprocentnímu nasazení to byly debaty bouřlivé obsahem i formou. S podobným nasazením je psána i sama kniha: čtenář je vtažen do děje a souhlasí nebo nesouhlasí, rozčiluje se, čmárá si na papír, jak by to mohlo být. Nemyslíme si, že Barbieri – jak si myslí on sám – problém epigeneze vyřešil, ale inspirativní čtení to teda je. 2

GRATUITA

U alosterických enzymů je základním pojmem gratuita, která poukazuje na chemickou nezávislost samotné vykonávané funkce na kvalitě chemických signálů. Plyne z toho zásadní zjištění, že co se týče regulace alosterického proteinu meziproduktem, je možné všechno. (J. Monod: Le hasard et la nécessité, 1970, s. 103)

Specifická sémantická funkce je zde jaksi zadarmo („gratis“), navíc není vynucena okolnostmi, není na ni chemický ani jiný nárok, je výsledkem historického uspořádání. Důležité není to, jaké proteiny se regulace účastní, ale co se reguluje.

INFORMACE JAKO OBĚŤ REDUKČNĚ-INFLAČNÍ MANIPULACE

Slovo in-formatio znamenalo ve středověku proces formování mysli nebo charakteru, výcvik, instruování, učení, též komunikaci a praktický výcvik, často s přispěním božské inspirace. Později se používalo tam, kde šlo o sdělení znalostí o faktech, věcech nebo událostech. Jak uvádí Oxfordský slovník, takto chápaná informace byla v protikladu se syrovými daty: vyžadovala subjekt, který věci rozumí. Začátkem 20. století se slova chopila fyziologie, pro niž už se informace stala něčím, co způsobí rozdílnou odpověď těla či jeho částí. Rozumějící subjekt už mohl být nahrazen zařízením, živým nebo neživým (například zpětněvazebným obvodem). Informaci v tomto pojetí definoval G. Bateson jako rozdíl plodící rozdíl. To je ona informace přenášená nervem, způsobující třeba změnu režimu ledvin nebo svalový stah. Genetický text zase je zdrojem informace jak vyrobit protein. Informace se vyměňuje mezi prostředím a živými bytostmi. Povšimněte si, že navzdory všem sémantickým posunům nelze informaci v těchto užitích nijak formalizovat nebo kvantifikovat – svého adresáta může ovlivnit jenom skrze svou kvalitu čili význam. Informace nemůže být měřena, musí být rozpoznána.

V r. 1948 si slovo informace vypůjčil C. Shannon a proměnil ho v chytlavý technický termín k pojmenování pravděpodobnosti přenosu digitálního sledu znaků kanálem. Takto definovanou informaci lze snadno definovat matematicky a měřit, ukládat a zpracovávat za pomoci strojů. Avšak Shannon varuje: Zprávy často mívají také význam; vztahují se tedy nebo jsou přiřazeny k nějakému systému obsahujícímu jisté fyzikální nebo pojmové entity. Tato sémantická stránka komunikace je z našeho inženýrského hlediska irelevantní.

Díky snadné manipulaci nabyl pojem rychle na popularitě a nastala jeho inflace – varování nevarování – do oblastí, které nemají se Shannonovým užitím nic společného. Veřejnost i experti už od té doby „vědí“, co to informace je, a počítají: kolik bitů informace „obsahuje“ lidský genom, mozek, tělo?

Mimo rámec redukčně-inflačního modelu jsou běžné také zvěcňovací sylogizmy typu:

Gen je informace → Gen je DNA → Kus DNA je informace

Logika, ne?

Ke stažení

RUBRIKA: Nad knihou

O autorech

Fatima Cvrčková

Eduard Gajdoš

Anton Markoš

László Hajnal

Doporučujeme

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...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné