Un rau pornit din Eden

Piet Hein surprinde esența clasică a lumii fizicii. Dar când ricoșeurile biliardelor de atomi încearcă să alcătuiască un obiect care are o anumită proprietate, aparent neînsemnată, ceva important se întâmpla în univers. Acea proprietate este o capacitate de a auto-replicare; adică, obiectul este capabil să folosească materialele din jur pentru a face copii exacte sieși, inclusiv copii cu defecte așa de mici în copiere cât pot să apară în mod sporadic. Ce poate urma din această întâmplare singulară, oriunde în univers, este selecția darwinistă și de aici înainte extravaganța barocă pe care, pe această planetă, o numim viață. Niciodată atât de multe fapte nu au fost explicate prin așa de puține presupuneri. Nu numai că teoria darwinistă stăpânește marea putere de a explica. Economia ei în realizarea acestui lucru are o eleganță viguroasă, o frumusețe poetică ce depășește chiar și cele mai obsedante mituri despre originea lumii. Unul dintre scopurile mele în scrierea acestei cărți a fost acela de a acorda recunoașterea cuvenită calității stimulatoare a înțelegerii noastre actuale a lumii darwiniste. În Eva mitocondrială este mai multă poezie decât în tiza ei mitologică.

Caracteristica vieții care, cu cuvintele lui David Hume, „îi farmecă cel mai mult pe toți oamenii care au contemplat-o vreodată”, este complexitatea detaliilor cu care mecanismele ei – mecanisme pe care Charles Darwin le-a numit „organe complicate de o extremă perfecțiune” – îndeplinesc un scop vădit. O altă caracteristică a vieții de pe acest pământ care ne impresionează este luxurianta ei diversitate: măsurată prin estimarea numărului de specii, există câteva zeci de milioane de căi diferite de a supraviețui. Un alt scop al meu este acela de a-i convinge pe cititori că expresia „căi de a supraviețui” este sinonimă cu „căi de transmitere a textelor codificate ADN spre viitor”. Râul meu este un râu de ADN care curge și se ramifică de-a lungul erelor geologice, și metafora malurilor abrupte care limitează jocul genetic al fiecărei specii se dovedește a fi un instrument surprinzător de sugestiv și util în explicarea vieții.

Într-un fel sau altul, toate cărțile mele au fost dedicate explorării și explicării puterii aproape nemărginite a principiului darwinist – putere dezlănțuită oricând și oriunde există destul timp pentru desfășurarea consecințelor autoreplicării primordiale. Un râu pornit din Eden continuă această misiune, și aduce la o culme extraterestră povestea urmărilor care pot surveni când fenomenul replicatorilor este injectat în jocul modest al biliardelor de atomi.

În timpul redactării acestei cărți m-am bucurat de sprijinul, încurajarea, sfaturile și critică constructivă, în combinații variate, datorate lui Michael Birkett, John Brockman, Steve Davies, Daniel Dennett, John Krebs, Sara Lippincott, Jerry Lyons, și în mod special soției mele, Lala Ward, care, de asemenea, a realizat și desenele. Unele paragrafe sunt parțial refăcute după articolele publicate cu alte ocazii. Pasajele capitolului I despre codurile digitale și analogice se bazează pe articolul meu din The Spectator din 11 iunie. Relatarea din capitolul III, pe baza lucrării despre evoluția ochiului de Dan Nilsson și Susanne Pelger, este, în parte, luată din articolul meu de la rubrica „News and Views”, publicat în Nature la 21 aprilie 1994. Mulțumesc editorilor ambelor reviste care au înlesnit publicarea acestor articole.

În final, îi mulțumesc lui John Brockman și Anthony Cheetham pentru originala invitație de a mă alătura seriei Science Masters.

Oxford, 1994

CAPITOLUL 1

Râul digital

Toate popoarele au legende privitoare lastrămoșii triburilor lor și adeseori aceste legende se transformă în veritabile culte religioase. Oamenii își respectă sau chiar își venerează strămoșii – ceea ce e și firesc pentru că e vorba de niște strămoși reali, care dețin cheia înțelegerii vieții, nu de niște zeități supranaturale. Din totalitatea organismelor ce se nasc pe pământ, o foarte mare parte mor înainte de a atinge vârsta maturității. O minoritate supraviețuiește și se înmulțește, iar din aceasta o și mai mică minoritate va avea o descendență viabilă, mii de generații de aici înainte. Această minusculă minoritate a unei minorități, această elită reproductivă, este ceea ce viitoarele generații vor putea considera ancestral sau ancestor. Strămoșii sunt rari, descendenții sunt obișnuiți.

Toate organismele care au trăit cândva – toate animalele și plantele, toate bacteriile și toate ciupercile, orice ființă târâtoare și toți cititorii cărții de față – pot rosti cu mândrie, privind către lungul șir al strămoșilor lor: Nici măcar un singur străbun n-a murit copil. Cu toții au atins vârsta maturității și fiecare a fost capabil să-și găsească cel puțin un partener heterosexual cu care să se împerecheze cu succes[1]. Nici unul din strămoșii noștri nu a fost răpus de un dușman sau de un virus, sau de un pas greșit pe marginea unei prăpăstii, înainte de a aduce cel puțin un urmaș pe lume. Mii dintre contemporanii strămoșilor noștri au eșuat în toate aceste privințe, dar nici măcar unul singur dintre străbunii noștri nu a dat greș în vreuna dintre ele. Aceste afirmații sunt absolut evidente; mai mult, din ele se desprind următoarele: cu cât sunt mai ciudate și mai neașteptate, cu atât se justifică mai bine și ne uimesc și mai mult. Toate acestea vor constitui obiectul cărții de față.

Deoarece toate organismele moștenesc zestrea genetică de la strămoșii lor, mai degrabă decât de la contemporanii fără succes ai acestora, toate tind să posede gene valoroase. Ele au ceea ce trebuie pentru a deveni strămoși, altfel spus pentru a supraviețui și a se reproduce. Din această cauză organismele tind să moștenească genele a căror prezență condiționează construirea unui mecanism bine proiectat, un organism ce lucrează activ ca și cum s-ar strădui să devină un strămoș. Din această cauză păsările sunt atât de bune la zbor, peștii atât de buni la înot, maimuțele atât de bune la cățărat, virusurile se răspândesc atât de bine. Din această cauză noi ținem la viață, la dragoste și la copii. Și toate acestea pentru că noi toți, fără nici o excepție, moștenim toate genele noastre de la un șir neîntrerupt de strămoși încununați de succes. Lumea devine plină de organisme care posedă tot ce le trebuie pentru a deveni strămoși. Toate acestea se pot numi, într-un singur cuvânt, darwinism. Bineînțeles că Darwin a spus mai mult de atât, iar noi putem spune astăzi și mai multe, și de aceea această carte nu se oprește aici.

Dar există o posibilitate naturală, și profund dăunătoare, de a înțelege greșit paragraful anterior. Este seducător să credem că atunci când strămoșii noștri au făcut lucruri încununate de succes, genele pe care le-au transmis copiilor au fost, ca rezultat, mai valoroase decât cele primite de ei de la părinții lor. Ceva din acest succes s-a înregistrat în genele lor, și din acest motiv descendenții sunt atât de pricepuți la zbor, sau înot, sau flirt. Greșit, complet greșit. Genele nu se îmbunătățesc prin funcționare. Ele se moștenesc neschimbate, excepție făcând erorile cu totul întâmplătoare. Nu reușita face gene valoroase, ci genele valoroase determină reușita și nici un individ în decursul existenței sale nu-și poate afecta, în vreun fel, propriile gene. Indivizii ce s-au născut cu gene valoroase cel mai probabil vor ajunge la maturitate pentru a deveni strămoși încununați de succes; prin urmare, spre deosebire de genele nevaloroase, genele valoroase au cele mai mari șanse să se transmită în viitor. Fiecare generație este un filtru, o sită: genele valoroase tind să treacă prin sită în generațiile viitoare; genele nevaloroase tind să-și încheie existența în indivizi care mor înainte de maturitate sau care nu se reproduc. Asemenea gene pot traversa o generație sau două, poate pentru că au norocul să coexiste cu genele valoroase într-un același individ. Dar este nevoie de ceva mai mult decât de noroc pentru a trece prin mii de site așezate succesiv una sub altă. După o mie de generații succesive, este probabil că genele care au reușit să treacă să fie cele valoroase.

Am spus că genele ce supraviețuiesc peste generații vor fi acele gene care au reușit să determine calitatea de strămoș. Lucrul acesta e adevărat, dar există o excepție aparentă de care e bine să ne ocupăm înainte de a se crea vreo confuzie. Unii indivizi sunt irevocabil sterili, cu toate că ei sunt desemnați să ajute la transmiterea genelor lor în generațiile viitoare. Albinele, furnicile, viespile și termitele lucrătoare sunt sterile. Activitatea lor nu este destinată reproducerii, deși prin ea rudele lor fertile, de obicei frații și surorile, vor deveni strămoși. Sunt două moduri de a interpreta aceste lucruri. În primul rând, indiferent de specie, există o mare posibilitate ca frații și surorile să împartă copiile acelorași gene. În al doilea rând, mediul, nu genele, determină un individ, o termită, să zicem, să devină un reproducător sau un lucrător steril. Toate termitele posedă genele care, în anumite condiții de mediu, le pot transforma în lucrători sterili sau, în alte condiții, în indivizi capabili de reproducere. Reproducătorii transmit copii ale exact acelorași gene care determină lucrătoarele sterile să-i ajute să lase urmași. Lucrătoarele sterile trudesc sub influența genelor ale căror copii se află și în corpurile reproducătorilor. Copiile lucrătoare ale acelor gene se străduie să-și ajute propriile copii reproducătoare să treacă prin sită generațiilor. Lucrătorii termitelor pot fi masculi sau femele; dar la furnici, albine și viespi lucrătoarele sunt toate femele; de altfel, principiul este același. La scară mai mică, se aplică la unele specii de păsări, mamifere și alte animale la care se manifestă o anumită grijă față de cei mici din partea fraților și surorilor mai mari. Rezumând, genele își croiesc drum prin sită ajutând atât propriul trup cât și trupul unei rude să devină un strămoș.

Râul din titlul imaginat de mine este un râu de ADN (acid desoxiribonucleic), care curge prin timp, nu prin spațiu. Este un râu de informație, nu unul din oase sau țesuturi: un fluviu de instrucțiuni abstracte pentru construirea corpurilor, nu un râu de corpuri solide. Informația trece prin corpuri și le influențează fără ca în drumul ei să fie afectată de acestea. Râul de informație nu este influențat nici de experiențele și realizările corpurilor succesive prin care curge. De asemenea, el nu este influențat nici de o sursă potențială de contaminare care, în aparență, este mult mai puternică: sexul.

În toate celulele dumneavoastră, jumătate din genele mamei dumneavoastră se alătură unei jumătăți din genele tatălui dumneavoastră. Genele dumneavoastră materne și paterne conlucrează foarte strâns pentru a vă face amalgamul indivizibil și subtil care sunteți. Dar genele însele nu se amestecă. Doar efectele lor. Genele în sine manifestă o integritate de piatră. Când vine timpul unei generații noi, o genă fie trece, fie nu trece în corpul unui anumit copil. Genele de origine maternă și paternă nu se amestecă, ele se recombină independent. O anumită genă a dumneavoastră provine fie de la mamă, fie de la tată. De asemenea, ea provine de la unul, și numai unul, dintre cei patru bunici; de la unul, și numai unul, dintre cei opt străbunici, și așa mai departe în ascendență.

Am vorbit despre fluviu de gene, dar am putea, la fel de bine, să vorbim despre un grup de buni prieteni care străbate erele geologice. Toate genele unei populații care se reproduce sunt, în perspectivă, companioane unele cu altele. Pe termen scurt, ele sălășluiesc în trupuri individuale, și sunt temporar companioane mai intime ale celorlalte gene cu care coexistă în acel corp. Genele supraviețuiesc în timp numai dacă determină construcția unor organisme apte să trăiască și să se reproducă în modul de viață particular ales de specie. Dar ele trebuie să facă mai mult decât atât. Pentru a determina supraviețuirea, o genă trebuie să conlucreze cu celelalte gene aparținând aceleiași specii – același râu. Pentru a supraviețui în această lungă călătorie, o genă trebuie să fie un bun companion. Ea trebuie să funcționeze bine în compania sau în contextul celorlalte gene în același râu. Genele altor specii se află într-un râu diferit. Ele nu trebuie să se înțeleagă bine împreună – în orice caz nu în același sens – deoarece ele nu trebuie să împartă aceleași corpuri.

Trăsătura care definește o specie este că prin toți membrii unei specii date curge același râu de gene și că toate genele unei specii trebuie să fie pregătite să fie buni companioni. Apariția unei noi specii are loc atunci când una deja existentă se divide. În timp, râul de gene se bifurcă. Din punctul de vedere al genelor, speciația, formarea unei noi specii, coincide cu „marele adio”. După o scurtă perioadă de separare parțială, cele două râuri se despart pentru totdeauna, sau până când unul dintre ele seacă dispărând în nisip. La adăpostul malurilor fiecărui râu, apele sunt amestecate și reamestecate prin recombinare sexuală. Dar niciodată apa nu iese din matcă pentru a contamina celălalt râu. După ce o specie s-a divizat, cele două seturi de gene nu mai sunt companioane. Ele nu se mai întâlnesc în aceleași trupuri și nu mai este necesar să funcționeze bine împreună. Nu mai există nici o relație între ele – și relație înseamnă, în cazul de față, împerecherea organismelor, purtătorii lor temporari. Dar de ce trebuie să se formeze două specii? Ce determină marele adio al genelor lor? Ce face ca râul să se bifurce și cele două brațe să se îndepărteze, nemaiîntâlnindu-se niciodată? Detaliile sunt controversate, dar nimeni nu se îndoiește că lucrul cel mai important este separarea geografică accidentală. Râul de gene curge în timp, dar redistribuirea fizică a genelor are loc în corpuri care au o localizare în spațiu. O veveriță cenușie din America de Nord s-ar putea împerechea cu una cenușie din Anglia, dacă s-ar întâlni vreodată. Dar această întâlnire este improbabilă. Râul de gene al veveriței cenușii din America de Nord este separat eficient de 3 000 mile de ocean de cel al veveriței cenușii din Anglia. De fapt, cele două ansambluri de gene nu mai sunt de mult împreună, deși ele ar mai fi buni tovarăși dacă s-ar ivi prilejul. Ele și-au spus rămas bun, deși despărțirea nu este încă irevocabilă. Dar peste alte câteva mii de ani este probabil că cele două râuri se vor fi îndepărtat atât de mult încât, chiar dacă veverițele s-ar mai întâlni, nu ar mai fi capabile să facă schimbul de gene. Iar când spun „îndepărtat atât de mult”, nu mă refer la spațiu, ci la gradul de compatibilitate.

Aproape sigur, ceva asemănător se află în spatele separării mai vechi dintre veverițele cenușii și roșii. Ele nu se pot împerechea. Ele se suprapun geografic în unele părți ale Europei și, deși se întâlnesc și probabil uneori își dispută alunele, nu se pot împerechea pentru a produce urmași fertili. Râurile lor de gene s-au despărțit prea mult, ceea ce înseamnă că genele lor nu mai sunt apte să coopereze una cu alta în organisme. În urmă cu multe generații, veverițele roșii și cele cenușii au avut ca strămoși aceiași indivizi. Dar ei au fost separați geografic, poate de un lanț de munți, poate de apă, eventual de Oceanul Atlantic. Și ansamblurile lor genetice s-au despărțit. Separarea geografică determină apariția incompatibilității. Bunii companioni au devenit răi companioni, sau ei s-ar dovedi că atare dacă ar fi puși în situația de a se împerechea. Companionii răi au devenit încă și mai răi, până când, în prezent, nu mai sunt deloc companioni. Rămasul bun este deci definitiv. Cele două râuri s-au separat și au fost sortite să se îndepărteze din ce în ce mai mult unul de celălalt. Aceeași poveste s-a petrecut și în cazul despărțirii mai timpurii dintre, să zicem, strămoșii noștri și cei ai elefanților. Sau dintre cei ai struților (care, de asemenea, sunt și ai noștri) și cei ai scorpionilor.

Există acum, probabil, treizeci de milioane de brațe ale râului de ADN, deoarece cam la atât se estimează numărul total al speciilor de pe glob. S-a apreciat, de asemenea, că speciile existente reprezintă aproximativ un procent (1%) din totalul speciilor care au trăit vreodată pe pământ. Ar însemna că în total au fost circa trei miliarde de brațe ale râului de ADN. Cele treizeci de milioane de ramificații din ziua de astăzi sunt irevocabil separate. Multe dintre acestea sunt sortite pieirii, deoarece multe specii sunt pe cale de dispariție. Dacă veți urmări aceste treizeci de milioane de râuri (pentru concizie mă voi referi la brațele râurilor numindu-le râuri) înapoi în timp, veți descoperi că, rând pe rând, se întâlnesc cu celelalte râuri. Râul de gene umane se unește cu râul de gene al cimpanzeilor cam în același moment când a făcut-o și râul de gene al gorilei, cu vreo șapte milioane de ani în urmă. Cu câteva milioane de ani în urmă, râului nostru comun de maimuță africană i s-a alăturat pârâul de gene de urangutan. Și, și mai în urmă, ni s-a alăturat un râu de gene de gibon – râu care mai în aval se desparte într-un număr de specii separate de gibon și siamang. Dacă mergem și mai în urmă în timp, râul nostru genetic se unește cu râul care, în evoluția lui ulterioară, avea să se despartă în trei brațe: cel al maimuțelor Lumii Vechi, al maimuțelor Lumii Noi și cel al lemurienilor din Madagascar. Încă și mai mult în urmă, râul nostru genetic se unește cu acelea care au dus la alte grupe importante de mamifere: rozătoarele, felinele, chiropterele, elefanții. După aceasta întâlnim curenții care au dus la apariția diferitelor specii de păsări, reptile, amfibieni, pești și nevertebrate.

Iată un aspect important în legătură cu care trebuie să fim prudenți cum folosim metafora râului. Când ne gândim la separarea care a dus la toate mamiferele – ca opusă, să spunem, pârâului ce a dus la veverița cenușie – suntem tentați să considerăm toate acestea la scară mare, ceva asemănător fluviilor Mississippi și Missouri. Ramură mamiferelor este, la urma urmelor, destinată să se ramifice repetat până când produce toate mamiferele – de la chițcanul mărunt la elefanți, de la cârtița de sub pământ până la maimuța din vârful baldachinului. Ramură mamiferelor derivată din acest râu, menită să alimenteze atât de multe mii de importante artere acvatice, cum ar putea fi oare altceva decât un fluviu uriaș care își rostogolește apele? Ei bine, această imagine este complet greșită. Când strămoșii tuturor mamiferelor de astăzi s-au desprins din ramura celor care nu sunt mamifere, evenimentul nu a fost mai important decât oricare altă speciație. Ar fi trecut aproape neremarcat de vreun naturalist care s-ar fi aflat în acel moment prin preajmă. Noua ramificație a râului de gene ar fi fost un pârâiaș, aparținând unui micuț animal nocturn, nu cu mult mai diferit de verii lui ne-mamifere decât este o veveriță roșie față de una cenușie. Numai dacă privim retrospectiv putem considera mamiferul ancestral cât de cât că pe un mamifer. În acele vremi, el nu ar fi fost altceva decât o altă specie de reptilă care se asemăna cu un mamifer nu foarte diferit de vreo altă duzină de bucăți de hrană pentru dinozauri, mici, cu nasul lung și insectivore.

Aceeași lipsă de dramatism a caracterizat și scindarea timpurie a strămoșilor tuturor marilor grupuri de animale: vertebratele, moluștele, crustaceele, insectele, viermii inelați și cei plați, celenteratele și așa mai departe. Când râul destinat moluștelor (și nu numai lor) s-a despărțit de cel al vertebratelor (și nu numai al lor) cele două populații de animale (probabil asemănătoare cu viermii) erau atât de asemănătoare una cu alta, încât s-ar fi putut împerechea între ele. Singurul motiv pentru care nu au făcut-o a fost separarea lor accidentală de către o barieră geografică oarecare, de exemplu o fâșie de uscat care a separat apele anterior unite. Nimeni nu ar fi fost în stare să ghicească că o populație era destinată să dea naștere moluștelor și cealaltă vertebratelor. Cele două râuri de ADN erau de-abia separate, în așa fel încât grupurile de animale corespunzătoare erau abia distincte.

Zoologii cunosc toate acestea, dar le uită uneori când se gândesc la grupele realmente mari de animale, ca de exemplu moluștele sau vertebratele. Ei sunt tentați să conceapă scindarea grupelor principale ca pe un eveniment important. Zoologii se pot înșela atât de mult deoarece au fost educați în credința că fiecare dintre marile diviziuni ale regnului animal este dotată cu ceva profund, unic, deseori desemnat prin termenul german Bauplan. Deși acest cuvânt înseamnă chiar „plan”, el a devenit un termen tehnic recunoscut și îl voi declina ca pe un cuvânt englezesc, chiar dacă (am fost puțin șocat să descopăr) nu se găsește încă în Oxford English Dictionary. (Deoarece mie îmi place cuvântul mai puțin decât unora dintre colegii mei, admit cu un ușor frisson de Schadenfreude absența lui; aceste două cuvinte străine sunt în dicționar, deci nu este vorba de nici o interdicție sistematică a importului.) În sensul lui tehnic, bauplan este adesea tradus prin „planul fundamental al corpului”. Folosirea termenului de „fundamental” (sau, echivalentul lui, adică recurgerea voită la germană pentru a indica profunzimea) a fost cauza nenorocirii. El poate face zoologii să comită erori grave.

Un zoolog, de exemplu, a sugerat că procesul evolutiv în perioada Cambriană (între șase sute și cinci sute de milioane de ani în urmă) trebuie să fi fost un fel de proces complet diferit de evoluția din perioadele ulterioare. Argumentul său era că în ziua de azi apar noi specii, în timp ce în perioada Cambriană au apărut grupele principale ca, de exemplu, moluștele și crustaceele. Eroarea este izbitoare. Chiar animale atât de deosebite între ele, ca moluștele și crustaceele, au fost inițial numai populații ale aceleiași specii separate ulterior de bariere geografice. Pentru un timp ele ar mai fi putut fi interfertile, dacă s-ar fi întâlnit, dar nu s-a întâmplat așa. După milioane de ani de evoluție separată, ele au dobândit trăsăturile pe care noi, cu privirea retrospectivă a zoologilor moderni, le recunoaștem drept caracteristice moluștelor și respectiv, crustaceelor. Aceste caracteristici au fost botezate cu titlul pompos de „plan fundamental de organizare a corpului” sau „bauplan”. Însă principalele planuri de organizare ale regnului animal s-au separat treptat dintr-un trunchi comun.

Indiscutabil, există o neînțelegere minoră chiar dacă mult mediatizată, cu privire la măsura în care evoluția este treptată sau „în salturi”. Dar nimeni, și când spun nimeni chiar așa este, nu crede că evoluția a fost vreodată destul de în salturi pentru a inventa un întreg nou plan fundamental de organizare într-o singură treaptă. Autorul citat scria toate acestea prin 1958. Puțini zoologi ar accepta astăzi în mod explicit punctul lui de vedere, dar uneori o fac în mod implicit când spun că principalele grupe de animale au apărut spontan și perfect alcătuite, precum Athena din capul lui Zeus, mai degrabă decât prin divergența unei populații ancestrale în timpul izolării geografice accidentale.[2]

În orice caz, studiile de biologie moleculară au demonstrat că marile încrengături de animale sunt mult mai înrudite între ele decât eram obișnuiți să credem. Puteți considera codul genetic ca pe un dicționar în care șaizeci și patru de cuvinte ale unui limbaj (șaizeci și patru de triplete, combinații posibile ale celor patru litere ale alfabetului) sunt traduse în douăzeci și unu de cuvinte într-o altă limbă (douăzeci și unu de aminoacizi plus un semn de punctuație). Probabilitatea ca această corespondență de 64 : 21 să se mai repete a doua oară este mai mică decât unu la un milion de milioane de milioane de milioane de milioane. Însă, codul genetic este de fapt, literal vorbind, identic la toate animalele, plantele sau bacteriile care au fost studiate până acum. Este cert că toate viețuitoarele de pe pământ au descins dintr-un singur strămoș. Nimeni nu s-ar îndoi de acest lucru mai ales astăzi când sunt evidențiate prin examinarea nu numai a codului, ci și a secvenței detaliate a informației genetice, unele asemănări izbitoare între, de exemplu, insecte și vertebrate. Există un mecanism genetic foarte complicat care dirijează planul segmentat al corpului insectelor. La mamifere a fost, de asemenea, descoperit un astfel de mecanism de reglaj bizar de asemănător. Din punct de vedere molecular, toate animalele sunt destul de strâns înrudite unele cu altele și chiar cu plantele. Trebuie să ajungi până la bacterii ca să găsești rudele noastre îndepărtate, și chiar și atunci codul genetic este identic cu al nostru. Motivul pentru care putem face o evaluare atât de precisă asupra codului genetic, dar nu și asupra anatomiei planurilor fundamentale de organizare, este că acest cod genetic este strict digital, unitățile sale putând fi riguros numărate și analizate matematic. Râul de gene este un râu digital și acum trebuie să vă explic ce înseamnă acest termen ingineresc.

Inginerii fac o distincție importantă între codurile digitale și cele analogice. Pick-up-urile și casetofoanele – și până recent și cele mai multe aparate telefonice – utilizează codurile analogice. Compact discurile, calculatoarele și cele mai moderne sisteme de telefonie folosesc codurile digitale. Într-un sistem de telefonie analogic, fluctuațiile continue ale undelor sonore sunt traduse în fluctuațiile corespunzătoare ale tensiunii într-un cablu. Un pick-up funcționează asemănător: șanțurile discului fac să vibreze vârful acului și aceste mișcări sunt traduse în fluctuații corespunzătoare ale tensiunii. La celălalt capăt al liniei, aceste unde de tensiune sunt reconvertite, de o membrană care vibrează din receptor sau de difuzorul pick-up-ului, în unde acustice corespunzătoare, astfel încât noi le putem auzi. Codul este unul simplu și direct: oscilațiile curentului electric în cablu sunt proporționale cu oscilațiile presiunii undelor sonore. Între anumite limite, toate posibilele oscilații de tensiune trec prin circuitul electric și ceea ce contează este diferența dintre valorile acestora.

Într-un sistem digital, numai două nivele de tensiune posibile – sau alte câteva numere discrete de tensiuni posibile cum ar fi 8 și 256 – sunt transmise prin cablu. Informația nu se află în valorile tensiunii propriu-zise, ci în modul de succesiune al acestora. Aceasta se numește Modulare Codificată în Impulsuri. La un moment anume, tensiunea reală va fi rareori exact egală cu una din cele 8, să spunem, valori nominale, dar aparatul o va ajusta către cea mai apropiată tensiune desemnată, astfel încât ceea ce iese la celălalt capăt al liniei este aproape perfect, chiar dacă transmisia de-a lungul liniei este slabă. Tot ce aveți de făcut este să fixați nivele discrete la distanță suficientă pentru ca fluctuațiile aleatorii să nu poată fi niciodată interpretate deformat de către instrumentul receptor ca un nivel fals. Aceasta este marea virtute a codurilor digitale și de aceea sisteme audio și video – și în general, tehnologia informației – tind tot mai mult să devină digitale. Calculatoarele, bineînțeles, utilizează codurile digitale în tot ceea ce fac. Pentru comoditate se folosește un cod binar – adică are numai două nivele de semnal în, loc de 8 sau 256.

Chiar la un telefon digital, sunetele care intră în microfon și ies în receptor sunt totuși oscilații de tip analogic ale undelor sonore. Ceea ce este digital este informația care circulă de la un post telefonic la altul. Trebuie să se stabilească un cod pentru a traduce valorile analogice în fiecare microsecundă, în secvențe de pulsuri discrete – numerele codificate digital. Când discuți cu iubita la telefon, fiecare nuanță, fiecare modificare a vocii, fiecare suspin pasionat și fiecare timbru convingător sunt transmise prin cablu sub formă de numere. Poți să fii mișcat până la lacrimi de numere, cu condiția ca ele să fie codificate și decodificate destul de repede. Echipamentele moderne de comutare sunt atât de rapide încât acești timpi pot fi divizați în felii, cam în felul în care un maestru șahist își porționează timpii într-o întrecere simultană cu alți 24 de jucători. În acest fel, mii de conversații telefonice pot fi prinse de aceeași linie telefonică, aparent simultan, și totuși separate electronic fără interferență. Un trunchi telefonic – în ziua de azi multe dintre ele nu sunt câtuși de puțin bazate pe cabluri, ci folosesc fascicule de unde radio transmise fie direct de pe un deal pe altul, fie de pe sateliți – este un râu masiv de numere. Dar, datorită acestei segregări electronice ingenioase, există mii de râuri digitale care folosesc aceeași matcă numai aparent, așa cum veverițele roșii și cele cenușii folosesc același copac, dar niciodată nu-și amestecă genele.

Revenind la lumea tehnicii, deficiențele semnalelor analogice nu deranjează prea tare, atâta timp cât ele nu sunt copiate repetat. O înregistrare pe bandă magnetică are un fâsâit atât de ușor încât nici nu îl percepem – dacă nu mărim intensitatea sonoră, caz în care și fâșâitul se amplifică și se introduc de asemenea alte noi zgomote. Dar dacă vom copia o bandă după o alta, apoi cea de a treia după a doua și așa mai departe, după o sută de „generații” ceea ce vă mai rămâne va fi un oribil fâsâit. Cam acesta era necazul când toate telefoanele erau analogice. Fiecare semnal telefonic scade în intensitate proporțional cu lungimea circuitului și trebuie amplificat-reamplificat la fiecare o sută de mile. Așa ceva nu era posibil pentru că fiecare stație de amplificare mărea proporțional zgomotul de fond. Și semnalele digitale au nevoie de amplificare. Dar, din motivele arătate, amplificarea nu introduce nici o eroare a mesajului: lucrurile pot fi făcute în așa fel încât informația să treacă perfect neavând importanță câte stații de amplificare intervin. Fâșâitul nu crește nici după sute și sute de mile.

Când eram copil, mama îmi spunea că celulele nervoase sunt liniile telefonice ale corpului omenesc. Dar ce fel de linii sunt acestea, analogice sau digitale? Răspunsul este că ele sunt o combinație interesantă a ambelor sisteme. O celulă nervoasă nu este similară unui cablu electric. Este un tub lung și subțire de-a lungul căruia trec undele unor modificări chimice, asemenea unei dâre de praf de pușcă sfârâind pe pământ, cu excepția faptului că, spre deosebire de dâra de praf de pușcă, nervul revine repede la starea inițială și sfârâitul se poate auzi din nou după o scurtă perioadă de repaus. Mărimea absolută a undei – temperatura prafului de pușcă – poate fluctua în timp ce se propagă de-a lungul nervului, dar faptul nu are nici o importanță. Codul îl ignoră. Similar celor două niveluri distincte de tensiune din telefonia digitală, pulsul chimic ori este ori nu este. În această privință, sistemul nervos este digital. Dar impulsurile nervoase nu sunt forțate să se transforme în biți: ele nu se asamblează în numere de cod discrete. În schimb, intensitatea mesajului (tăria sunetului, strălucirea luminii, poate chiar agonia unei emoții) este codificată ca rată a impulsurilor. Inginerii numesc aceasta Modulare în Frecvență, iar ea avea mulți adepți înainte de a fi adoptată Modularea Codificată în Impulsuri.

Rata pulsului este o variabilă analogică, dar impulsurile în sine sunt digitale: ele sunt ori nu sunt, nu există jumătăți de măsură. Și sistemul nervos are același avantaj că și oricare sistem digital. Din cauza modului în care funcționează neuronii, există echivalentul unui amplificator, dar nu la fiecare sută de mile, ci la fiecare milimetru – opt sute de stații de amplificare între măduva spinării și vârful degetelor. Dacă ceea ce contează este amplitudinea absolută a impulsului nervos – unda pulberii prafului de pușcă – mesajul ar putea fi distorsionat, devenind de nerecunoscut, pe traiectul unui braț omenesc, și cu atât mai mult de-a lungul unui gât de girafă. Fiecare stație de amplificare ar introduce mai multe erori întâmplătoare, așa cum se întâmplă când copiem o bandă magnetică de opt sute de ori. Sau când copiem o imagine xerox după alt xerox, după alt xerox. După opt sute de „generații” de fotocopii, tot ceea ce mai rămâne este o pată cenușie. Codificarea digitală este singura soluție pentru problema funcționării celulei nervoase, iar selecția naturală a adoptat-o în mod corespunzător. Același lucru e valabil și pentru gene.

Francis Crick și James Watson, cei care au descifrat structura moleculară a genei, ar trebui, după opinia mea, să fie onorați secole de-a rândul precum Aristotel și Platon. Premiul Nobel le-a fost acordat pentru „fiziologie sau medicină”, și aceasta este corect, dar aproape fără valoare. Să vorbești despre o revoluție continuă este aproape o contradicție de termeni, totuși nu numai medicină, ci întreaga noastră înțelegere a vieții va fi continuu revoluționată ca rezultat direct al schimbării modului de gândire pe care acești doi tineri l-au inițiat în 1953. Genele însele, și bolile genetice, sunt doar vârful icebergului. Ceea ce este cu adevărat revoluționar în biologia moleculară în era post-Watson și Crick, este faptul că ea a devenit digitală.

De la Watson și Crick încoace, am aflat că genele, în structura lor internă detaliată, sunt asemenea unor lungi filamente de pură informație digitală. În plus, ele sunt cu adevărat digitale, în deplinul sens al termenului în limbaj de calculatoare și compact-discuri, nu în sensul mai slab în care este folosit termenul pentru sistemul nervos. Codul genetic nu este un cod binar ca în calculatoare, nici octal ca în unele sisteme de telefonie, ci un cod cuaternar cu patru simboluri. Aparatul de codificare al genei este bizar de asemănător cu cel al unui calculator. În afara diferențelor de limbaj, paginile unui jurnal de biologie moleculară ar putea fi interschimbabile cu cele ale unei reviste de ingineria calculatoarelor. Printre multe alte consecințe, această revoluție digitală în însuși miezul vieții a dat lovitura finală, fatală, vitalismului – convingerea că materia vie este profund diferită de cea nevie. Până în 1953 mai era încă posibil să crezi că în protoplasma vie există ceva fundamental și ireductibil misterios. S-a terminat cu asta. Nici măcar acei filozofi care erau predispuși la o privire mecanicistă asupra vieții nu ar fi îndrăznit să spere într-o atât de completă împlinire a celor mai nebunești vise ale lor.

Următorul subiect science-fiction este absolut plauzibil, dacă luăm în considerație o tehnologie care se deosebește de cea de azi doar prin faptul că este puțin mai rapidă. Profesorul Jim Crickson a fost răpit de către o putere străină ostilă și forțat să lucreze în laboratoarele ei de armament biologic. Pentru a salva omenirea, este vital să comunice câteva informații strict secrete în afară, dar toate canalele normale de comunicație îi sunt interzise. Cu excepția unuia. Codul ADN, care constă în 64 de triplete, „codoni”, suficient pentru un alfabet englez cu litere mici și mari plus zece numerale, un spațiu și un punct. Profesorul Crickson ia un virus gripal virulent din raftul laboratorului și, prin tehnici de inginerie genetică, îi introduce în genom textul complet al mesajului său către lumea din afară, în propoziții englezești perfect alcătuite. Și reia mesajul în repetate rânduri în geno-mul modificat, adăugindu-i o secvență „steag” (flag) ușor de recunoscut – să zicem, primele zece numere prime. Apoi se autoinfectează cu virusul și strănută într-o cameră plină cu oameni. Un val de gripă străbate lumea și laboratoarele medicale din țări îndepărtate s-au pus în mișcare să descifreze secvența genomului viral în încercarea de a realiza vaccinul potrivit. Curând a devenit clar că există un motiv ciudat repetat în genom. Alarmat de numerele prime care nu puteau să apară spontan, cineva a avut ideea aplicării tehnicilor de decodificare. După aceea, ar fi fost simplu de citit întregul text în engleză al mesajului profesorului Crickson „strănutat” în toată lumea.

Sistemul nostru genetic, care este un sistem universal al vieții pe planetă, este în fond digital. Cuvânt cu cuvânt, cu mare exactitate, se poate cifra în întregime Noul Testament în acele porțiuni ale genomului uman care în prezent sunt ocupate cu „relicve” de ADN – adică ADN nefolosit, cel puțin în mod obișnuit, de către organism. Fiecare celulă din organismul dumneavoastră conține echivalentul a patruzeci și șase bănci de date imense care rulează caracterele digitale prin intermediul numeroaselor capete de citire ce lucrează simultan. În fiecare celulă, aceste benzi magnetice – cromozomii – conțin aceeași informație, dar capetele de citire din diferitele tipuri de celule caută diferite sectoare ale bazei de date conform specializării lor. Din această cauză, celulele musculare se deosebesc de cele hepatice. Nu există nici un spirit, forță conducătoare a vieții, nici o vibrație, apariție, influență, protoplasma sau gelatină mistică. Viața este doar biți și biți și biți de informație digitală.

Genele sunt informație pură – informație care poate fi codificată, recodificată și decodificată, fără nici o alterare sau modificare a înțelesului. Informația pură poate fi copiată și, deoarece este informație digitală, fidelitatea copierii poate fi perfectă. Caracterele ADN-ului sunt copiate cu o exactitate care rivalizează cu tot ce pot realiza inginerii moderni. Ele sunt copiate din generație în generație cu doar atâtea erori cât să introducă variație. Din această variație, combinațiile codificate care devin mai numeroase în lume vor fi în mod evident și automat cele care, decodificate și impunându-se în corpurile respective, le fac pe acestea să ia măsuri active pentru a conservă și propaga exact aceleași mesaje ADN. Noi – și asta înseamnă toate ființele vii – suntem mecanisme de supraviețuire programate să transmită baza de date digitală cu care am fost programați. Darwinismul este considerat acum ca fiind supraviețuirea supraviețuitorilor la nivelul codului pur digital.

Privind retrospectiv, ar fi putut fi altfel. S-ar putea imagina un sistem genetic analogic. Dar am văzut deja ce se întâmpla cu informația analogică atunci când este recopiată de-a lungul generațiilor succesive. Este asemenea șoaptelor chinezești. Sistemele telefonice supraîncărcate, benzile magnetice recopiate, fotocopiile fotocopiilor – semnalele analogice sunt așa de vulnerabile la degradarea cumulativă încât copierea nu poate fi realizată decât de un număr limitat de generații. Genele, pe de altă parte, se pot autocopia pentru zece milioane de generații și nu se alterează aproape deloc. Darwinismul funcționează doar pentru că – în afară de mutațiile distincte, pe care selecția naturală ori le elimină ori le conservă – procesul de copiere este perfect. Doar un sistem genetic digital este capabil să susțină darwinismul de-a lungul epocilor geologice. 1953, anul dublului helix, va fi considerat nu numai sfârșitul unor opinii mistice și obscurantiste asupra vieții; darwiniștii îl vor privi ca pe anul în care obiectul lor de studiu a devenit în sfârșit digital.

Râul de informație digitală pură, care curge maiestuos prin timpurile geologice și care se împarte în trei miliarde de ramuri, este o imagine foarte sugestivă. Dar atunci unde sunt trăsăturile familiare vieții? Unde sunt corpurile, mâinile și picioarele, ochii, creierii și mustățile, frunzele și tulpinile și rădăcinile? Dar atunci unde suntem noi, părțile noastre componente? Noi – noi, animale, plante, protozoare, ciuperci și bacterii – suntem doar matca prin care curg pârâiașele datelor digitale? Într-un sens da. Dar, așa cum am sugerat, înseamnă mai mult de atât. Genele nu realizează doar autocopii care se transmit de-a lungul generațiilor. De fapt ele există tot timpul în interiorul corpurilor și influențează forma și comportarea organismelor succesive în care se află ele însele. Corpurile sunt de asemenea importante.

Corpul, să zicem, al unui urs polar nu este doar o matcă pentru un râuleț digital. El este, de asemenea, un mecanism de o complexitate mare cât un urs. Genele întregii populații de urși polari sunt un colectiv – buni camarazi care se întrec unii cu alții de-a lungul timpului. Dar ele nu există tot timpul în compania tuturor celorlalți membri ai colectivului: ele schimbă partenerii în interiorul ansamblului care este colectivul. Colectivul este definit ca un ansamblu de gene care pot întâlni oricare dintre celelalte gene din colectiv (dar nici un alt membru al vreunuia din celelalte treizeci de milioane de colective din lume). Întâlnirile propriu-zise au întotdeauna loc în interiorul unei celule în corpul ursului polar. Și acel corp nu este un recipient pasiv al ADN-ului.

Pentru început, numărul real de celule, în fiecare existând un set complet de gene, depășește imaginația: aproape 900 de milioane de milioane pentru un urs mascul mare. Dacă am alinia într-un singur șir toate celulele unui urs polar, acesta ar putea face cu ușurință traseul Pământ–Lună și retur. Aceste celule sunt de vreo două sute de tipuri distincte, în principal aceleași două sute pentru toate mamiferele: celule musculare, nervoase, osoase, epiteliale și așa mai departe. Celulele fiecăruia dintre aceste tipuri distincte sunt grupate împreună formând țesuturi: muscular, osos și așa mai departe. Toate tipurile de celule conțin instrucțiunile genetice necesare formării oricăruia dintre ele. Numai genele adecvate țesutului considerat sunt declanșate. Din această cauză, celulele diverselor țesuturi sunt de forme și mărimi diferite. Și mai interesant, genele declanșate într-un anumit tip de celule fac să-și dezvolte țesutul într-o anumită formă. Oasele nu sunt niște mase fără formă de țesut tare, rigid. Ele au forme specifice cu tije goale în interior, rotunjiri și cavități, crește și pinteni. Celulele sunt programate de către genele declanșate în interiorul lor să se comporte ca și cum ar ști unde se află în raport cu celulele vecine și acesta este modul în care își construiesc țesuturile în forma lobului de ureche, a valvelor inimii, a cristalinului ochiului său a mușchilor sfincterului.

Structura complexă a unui organism ca, de exemplu, cea a ursului polar este multistratificată. Corpul este o complexă colecție de organe cu formă precisă că ficatul, rinichiul și oasele. Fiecare organ este un edificiu complex, modelat din țesuturi specifice ale căror cărămizi constitutive sunt celulele, adesea în straturi sau foițe, dar de multe ori și în mase solide. La o scară mult mai mică, fiecare celulă are o structură interioară extrem de complexă, alcătuită din membrane pliate. Aceste membrane, și lichidul dintre ele, constituie locul de desfășurare al complicatelor reacții chimice de foarte numeroase și variate tipuri. Într-o uzină chimică aparținând de ICI sau de Union Carbide, se pot desfășura câteva sute de reacții chimice distincte. Aceste reacții vor fi separate unele de altele prin pereții recipienților, tuburilor și așa mai departe. O celulă vie ar putea fi locul de desfășurare al unui număr asemănător de reacții chimice simultane. Într-o oarecare măsură, membranele dintr-o celulă se aseamănă cu sticlăria dintr-un laborator, dar analogia nu este corectă din două motive. Primul, deși multe dintre reacțiile chimice se desfășoară între membrane, o bună parte au loc chiar în interiorul lor. Al doilea, există o cale mult mai importantă prin care diferitele reacții sunt separate. Fiecare reacție este catalizată de propria ei enzimă specifică.

O enzimă este o moleculă foarte mare a cărei formă tridimensională accelerează o anumită reacție chimică prin furnizarea unei suprafețe care facilitează acea reacție. Deoarece ceea ce contează în cazul moleculelor biologice este forma lor tridimensională, putem considera enzimă ca pe o mașină-unealtă mare, reglată cu atenție pentru a realiza o linie de producție a moleculelor cu formă specifică. Prin urmare, orice celulă poate găzdui sute de reacții chimice distincte, care se desfășoară în interiorul ei simultan și separat pe suprafețele diferitelor molecule enzimatice. Reacțiile chimice specifice care se desfășoară într-o celulă dată sunt determinate de tipurile specifice de enzime prezente în număr mare. Fiecare moleculă de enzimă, inclusiv forma ei atât de importantă, este asamblată sub influența determinantă a unei anumite gene. Mai exact, secvența precisă a câtorva sute de litere de cod din genă determină printr-un set de reguli care sunt în totalitate cunoscute (codul genetic) secvența amino-acizilor din molecula enzimei. Fiecare moleculă enzimatică este un lanț de aminoacizi și fiecare lanț liniar de aminoacizi se răsucește spontan într-o structură tridimensională unică și specifică, ca un nod în care se formează legături între diferitele părți ale lanțului. Structura tridimensională exactă a nodului este determinată de succesiunea unidimensională a amino-acizilor și, prin urmare, de succesiunea unidimensională a literelor de cod din genă. Și astfel, reacțiile chimice care au loc într-o celulă sunt determinate de genele care sunt declanșate.

Atunci ce determină care gene sunt declanșate într-o anumită celulă? Răspunsul este substanțele chimice deja prezente în celulă. Este un element al paradoxului oului și găinii, dar nu este de nerezolvat. Soluția paradoxului este de fapt foarte simplă în principiu dar complicată în detaliu. Este soluția pe care informaticienii o cunosc sub numele de program de încărcare inițial. Prima oară când am început să folosesc calculatoarele, în 1960, toate programele trebuiau încărcate folosind benzile de hârtie. (Calculatoarele americane din acea perioadă foloseau adesea și cartele perforate, dar principiul era același.) Înainte de a putea încărca de pe o bandă mare un program serios, trebuia să încarci un program mai mic numit program de încărcare inițial. Programul de încărcare inițial al calculatorului era un program care făcea un singur lucru: îi spunea calculatorului cum să încarce benzile de hârtie. Dar aici apare paradoxul oului și găinii. Cum era la rândul ei banda programului inițial încărcată ea însăși? La calculatoarele moderne echivalentul programului de încărcare inițial este hard-ul instalat pe mașină, dar în acele vremuri trebuia să începi manipulând niște butoane într-o succesiune rituală. Această succesiune îi spunea calculatorului cum să înceapă citirea primei părți a benzii programului de încărcare inițial. Aceasta, la rândul său, spunea apoi ceva mai mult despre cum să citească următoarea parte a benzii programului de încărcare inițial și așa mai departe. Cu timpul, întregul program de încărcare a fost absorbit, calculatorul știind cum să citească orice bandă de hârtie și devenind un calculator util.

Când începe dezvoltarea unui embrion, o singură celulă, oul fertilizat se divide în două; fiecare din cele două se divide rezultând patru; fiecare din cele patru se divide pentru a deveni opt și așa mai departe. Durează doar câteva duzini de generații pentru a spori numărul de celule la trilioane, atât este de mare puterea diviziunii exponențiale. Dar, dacă totul s-ar rezuma la atât, trilioanele de celule ar trebui să fie toate la fel. Cum se diferențiază ele însă (pentru a folosi un termen tehnic) în celule hepatice, renale, musculare și așa mai departe, fiecare cu gene funcționale diferite și enzime active diferite? Printr-un program de încărcare inițial care funcționează asemănător cu acesta. Deși arată ca o sferă, oul posedă de fapt o polaritate chimică internă. Are un vârf și o bază, iar în multe cazuri o față și un spate (și prin urmare de asemenea o parte dreaptă și una stângă). Aceste polarități se manifestă sub forma gradienților chimici. Concentrațiile unor substanțe cresc constant din față spre spate, altele de la vârf spre baza oului. Acești gradienți timpurii sunt destul de simpli, dar sunt suficienți pentru a forma prima etapă în operația de încărcare a programului.