Caracteristica vieţii care, cu cuvintele lui David Hume, „îi farmecă cel mai mult pe toţi 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 perfecţiune” – îndeplinesc un scop vădit. O altă caracteristică a vieţii 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 supravieţui. Un alt scop al meu este acela de a-i convinge pe cititori că expresia „căi de a supravieţui” este sinonimă cu „căi de transmitere a textelor codificate ADN spre viitor”. Râul meu este un râu de ADN care curge şi se ramifică de-a lungul erelor geologice, şi metafora malurilor abrupte care limitează jocul genetic al fiecărei specii se dovedeşte a fi un instrument surprinzător de sugestiv şi util în explicarea vieţii.

Într-un fel sau altul, toate cărţile mele au fost dedicate explorării şi explicării puterii aproape nemărginite a principiului darwinist – putere dezlănţuită oricând şi oriunde există destul timp pentru desfăşurarea consecinţelor autoreplicării primordiale. Un râu pornit din Eden continuă această misiune, şi 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 cărţi m-am bucurat de sprijinul, încurajarea, sfaturile şi critică constructivă, în combinaţii variate, datorate lui Michael Birkett, John Brockman, Steve Davies, Daniel Dennett, John Krebs, Sara Lippincott, Jerry Lyons, şi în mod special soţiei mele, Lala Ward, care, de asemenea, a realizat şi desenele. Unele paragrafe sunt parţial refăcute după articolele publicate cu alte ocazii. Pasajele capitolului I despre codurile digitale şi analogice se bazează pe articolul meu din The Spectator din 11 iunie. Relatarea din capitolul III, pe baza lucrării despre evoluţia ochiului de Dan Nilsson şi Susanne Pelger, este, în parte, luată din articolul meu de la rubrica „News and Views”, publicat în Nature la 21 aprilie 1994. Mulţumesc editorilor ambelor reviste care au înlesnit publicarea acestor articole.

În final, îi mulţumesc lui John Brockman şi Anthony Cheetham pentru originala invitaţie de a mă alătura seriei Science Masters.

Oxford, 1994

CAPITOLUL 1

Râul digital

Toate popoarele au legende privitoare la strămoşii triburilor lor şi adeseori aceste legende se transformă în veritabile culte religioase. Oamenii îşi respectă sau chiar îşi venerează strămoşii – ceea ce e şi firesc pentru că e vorba de nişte strămoşi reali, care deţin cheia înţelegerii vieţii, nu de nişte zeităţi supranaturale. Din totalitatea organismelor ce se nasc pe pământ, o foarte mare parte mor înainte de a atinge vârsta maturităţii. O minoritate supravieţuieşte şi se înmulţeşte, iar din aceasta o şi mai mică minoritate va avea o descendenţă viabilă, mii de generaţii de aici înainte. Această minusculă minoritate a unei minorităţi, această elită reproductivă, este ceea ce viitoarele generaţii vor putea considera ancestral sau ancestor. Strămoşii sunt rari, descendenţii sunt obişnuiţi.

Toate organismele care au trăit cândva – toate animalele şi plantele, toate bacteriile şi toate ciupercile, orice fiinţă târâtoare şi toţi cititorii cărţii de faţă – pot rosti cu mândrie, privind către lungul şir al strămoşilor lor: Nici măcar un singur străbun n-a murit copil. Cu toţii au atins vârsta maturităţii şi fiecare a fost capabil să-şi găsească cel puţin un partener heterosexual cu care să se împerecheze cu succes[1]. Nici unul din strămoşii noştri nu a fost răpus de un duşman sau de un virus, sau de un pas greşit pe marginea unei prăpăstii, înainte de a aduce cel puţin un urmaş pe lume. Mii dintre contemporanii strămoşilor noştri au eşuat în toate aceste privinţe, dar nici măcar unul singur dintre străbunii noştri nu a dat greş în vreuna dintre ele. Aceste afirmaţii sunt absolut evidente; mai mult, din ele se desprind următoarele: cu cât sunt mai ciudate şi mai neaşteptate, cu atât se justifică mai bine şi ne uimesc şi mai mult. Toate acestea vor constitui obiectul cărţii de faţă.

Deoarece toate organismele moştenesc zestrea genetică de la strămoşii 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 strămoşi, altfel spus pentru a supravieţui şi a se reproduce. Din această cauză organismele tind să moştenească genele a căror prezenţă condiţionează construirea unui mecanism bine proiectat, un organism ce lucrează activ ca şi cum s-ar strădui să devină un strămoş. Din această cauză păsările sunt atât de bune la zbor, peştii atât de buni la înot, maimuţele atât de bune la căţărat, virusurile se răspândesc atât de bine. Din această cauză noi ţinem la viaţă, la dragoste şi la copii. Şi toate acestea pentru că noi toţi, fără nici o excepţie, moştenim toate genele noastre de la un şir neîntrerupt de strămoşi încununaţi de succes. Lumea devine plină de organisme care posedă tot ce le trebuie pentru a deveni strămoşi. Toate acestea se pot numi, într-un singur cuvânt, darwinism. Bineînţeles că Darwin a spus mai mult de atât, iar noi putem spune astăzi şi mai multe, şi de aceea această carte nu se opreşte aici.

Dar există o posibilitate naturală, şi profund dăunătoare, de a înţelege greşit paragraful anterior. Este seducător să credem că atunci când strămoşii noştri 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 părinţii lor. Ceva din acest succes s-a înregistrat în genele lor, şi din acest motiv descendenţii sunt atât de pricepuţi la zbor, sau înot, sau flirt. Greşit, complet greşit. Genele nu se îmbunătăţesc prin funcţionare. Ele se moştenesc neschimbate, excepţie făcând erorile cu totul întâmplătoare. Nu reuşita face gene valoroase, ci genele valoroase determină reuşita şi nici un individ în decursul existenţei sale nu-şi 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 strămoşi încununaţi de succes; prin urmare, spre deosebire de genele nevaloroase, genele valoroase au cele mai mari şanse să se transmită în viitor. Fiecare generaţie este un filtru, o sită: genele valoroase tind să treacă prin sită în generaţiile viitoare; genele nevaloroase tind să-şi încheie existenţa în indivizi care mor înainte de maturitate sau care nu se reproduc. Asemenea gene pot traversa o generaţie sau două, poate pentru că au norocul să coexiste cu genele valoroase într-un acelaşi individ. Dar este nevoie de ceva mai mult decât de noroc pentru a trece prin mii de site aşezate succesiv una sub altă. După o mie de generaţii succesive, este probabil că genele care au reuşit să treacă să fie cele valoroase.

Am spus că genele ce supravieţuiesc peste generaţii vor fi acele gene care au reuşit să determine calitatea de strămoş. Lucrul acesta e adevărat, dar există o excepţie 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 desemnaţi să ajute la transmiterea genelor lor în generaţiile viitoare. Albinele, furnicile, viespile şi termitele lucrătoare sunt sterile. Activitatea lor nu este destinată reproducerii, deşi prin ea rudele lor fertile, de obicei fraţii şi surorile, vor deveni strămoşi. Sunt două moduri de a interpreta aceste lucruri. În primul rând, indiferent de specie, există o mare posibilitate ca fraţii şi surorile să împartă copiile aceloraşi 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 condiţii de mediu, le pot transforma în lucrători sterili sau, în alte condiţii, în indivizi capabili de reproducere. Reproducătorii transmit copii ale exact aceloraşi gene care determină lucrătoarele sterile să-i ajute să lase urmaşi. Lucrătoarele sterile trudesc sub influenţa genelor ale căror copii se află şi în corpurile reproducătorilor. Copiile lucrătoare ale acelor gene se străduie să-şi ajute propriile copii reproducătoare să treacă prin sită generaţiilor. Lucrătorii termitelor pot fi masculi sau femele; dar la furnici, albine şi viespi lucrătoarele sunt toate femele; de altfel, principiul este acelaşi. La scară mai mică, se aplică la unele specii de păsări, mamifere şi alte animale la care se manifestă o anumită grijă faţă de cei mici din partea fraţilor şi surorilor mai mari. Rezumând, genele îşi croiesc drum prin sită ajutând atât propriul trup cât şi trupul unei rude să devină un strămoş.

Râul din titlul imaginat de mine este un râu de ADN (acid desoxiribonucleic), care curge prin timp, nu prin spaţiu. Este un râu de informaţie, nu unul din oase sau ţesuturi: un fluviu de instrucţiuni abstracte pentru construirea corpurilor, nu un râu de corpuri solide. Informaţia trece prin corpuri şi le influenţează fără ca în drumul ei să fie afectată de acestea. Râul de informaţie nu este influenţat nici de experienţele şi realizările corpurilor succesive prin care curge. De asemenea, el nu este influenţat nici de o sursă potenţială de contaminare care, în aparenţă, este mult mai puternică: sexul.

În toate celulele dumneavoastră, jumătate din genele mamei dumneavoastră se alătură unei jumătăţi din genele tatălui dumneavoastră. Genele dumneavoastră materne şi paterne conlucrează foarte strâns pentru a vă face amalgamul indivizibil şi subtil care sunteţi. Dar genele însele nu se amestecă. Doar efectele lor. Genele în sine manifestă o integritate de piatră. Când vine timpul unei generaţii noi, o genă fie trece, fie nu trece în corpul unui anumit copil. Genele de origine maternă şi 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, şi numai unul, dintre cei patru bunici; de la unul, şi numai unul, dintre cei opt străbunici, şi aşa mai departe în ascendenţă.

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 populaţii care se reproduce sunt, în perspectivă, companioane unele cu altele. Pe termen scurt, ele sălăşluiesc în trupuri individuale, şi sunt temporar companioane mai intime ale celorlalte gene cu care coexistă în acel corp. Genele supravieţuiesc în timp numai dacă determină construcţia unor organisme apte să trăiască şi să se reproducă în modul de viaţă particular ales de specie. Dar ele trebuie să facă mai mult decât atât. Pentru a determina supravieţuirea, o genă trebuie să conlucreze cu celelalte gene aparţinând aceleiaşi specii – acelaşi râu. Pentru a supravieţui în această lungă călătorie, o genă trebuie să fie un bun companion. Ea trebuie să funcţioneze bine în compania sau în contextul celorlalte gene în acelaşi râu. Genele altor specii se află într-un râu diferit. Ele nu trebuie să se înţeleagă bine împreună – în orice caz nu în acelaşi sens – deoarece ele nu trebuie să împartă aceleaşi corpuri.

Trăsătura care defineşte o specie este că prin toţi membrii unei specii date curge acelaşi râu de gene şi că toate genele unei specii trebuie să fie pregătite să fie buni companioni. Apariţia 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, speciaţia, formarea unei noi specii, coincide cu „marele adio”. După o scurtă perioadă de separare parţială, 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 şi 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 aceleaşi trupuri şi nu mai este necesar să funcţioneze bine împreună. Nu mai există nici o relaţie între ele – şi relaţie înseamnă, în cazul de faţă, 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 şi cele două braţe să se îndepărteze, nemaiîntâlnindu-se niciodată? Detaliile sunt controversate, dar nimeni nu se îndoieşte 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 spaţiu. O veveriţă cenuşie din America de Nord s-ar putea împerechea cu una cenuşie din Anglia, dacă s-ar întâlni vreodată. Dar această întâlnire este improbabilă. Râul de gene al veveriţei cenuşii din America de Nord este separat eficient de 3 000 mile de ocean de cel al veveriţei cenuşii din Anglia. De fapt, cele două ansambluri de gene nu mai sunt de mult împreună, deşi ele ar mai fi buni tovarăşi dacă s-ar ivi prilejul. Ele şi-au spus rămas bun, deşi despărţirea 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 veveriţele 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 spaţiu, ci la gradul de compatibilitate.

Aproape sigur, ceva asemănător se află în spatele separării mai vechi dintre veveriţele cenuşii şi roşii. Ele nu se pot împerechea. Ele se suprapun geografic în unele părţi ale Europei şi, deşi se întâlnesc şi probabil uneori îşi dispută alunele, nu se pot împerechea pentru a produce urmaşi fertili. Râurile lor de gene s-au despărţit prea mult, ceea ce înseamnă că genele lor nu mai sunt apte să coopereze una cu alta în organisme. În urmă cu multe generaţii, veveriţele roşii şi cele cenuşii au avut ca strămoşi aceiaşi indivizi. Dar ei au fost separaţi geografic, poate de un lanţ de munţi, poate de apă, eventual de Oceanul Atlantic. Şi ansamblurile lor genetice s-au despărţit. Separarea geografică determină apariţia incompatibilităţii. Bunii companioni au devenit răi companioni, sau ei s-ar dovedi că atare dacă ar fi puşi în situaţia de a se împerechea. Companionii răi au devenit încă şi mai răi, până când, în prezent, nu mai sunt deloc companioni. Rămasul bun este deci definitiv. Cele două râuri s-au separat şi au fost sortite să se îndepărteze din ce în ce mai mult unul de celălalt. Aceeaşi poveste s-a petrecut şi în cazul despărţirii mai timpurii dintre, să zicem, strămoşii noştri şi cei ai elefanţilor. Sau dintre cei ai struţilor (care, de asemenea, sunt şi ai noştri) şi cei ai scorpionilor.

Există acum, probabil, treizeci de milioane de braţe 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 braţe ale râului de ADN. Cele treizeci de milioane de ramificaţii din ziua de astăzi sunt irevocabil separate. Multe dintre acestea sunt sortite pieirii, deoarece multe specii sunt pe cale de dispariţie. Dacă veţi urmări aceste treizeci de milioane de râuri (pentru concizie mă voi referi la braţele râurilor numindu-le râuri) înapoi în timp, veţi descoperi că, rând pe rând, se întâlnesc cu celelalte râuri. Râul de gene umane se uneşte cu râul de gene al cimpanzeilor cam în acelaşi moment când a făcut-o şi râul de gene al gorilei, cu vreo şapte milioane de ani în urmă. Cu câteva milioane de ani în urmă, râului nostru comun de maimuţă africană i s-a alăturat pârâul de gene de urangutan. Şi, şi 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 şi siamang. Dacă mergem şi mai în urmă în timp, râul nostru genetic se uneşte cu râul care, în evoluţia lui ulterioară, avea să se despartă în trei braţe: cel al maimuţelor Lumii Vechi, al maimuţelor Lumii Noi şi cel al lemurienilor din Madagascar. Încă şi mai mult în urmă, râul nostru genetic se uneşte cu acelea care au dus la alte grupe importante de mamifere: rozătoarele, felinele, chiropterele, elefanţii. După aceasta întâlnim curenţii care au dus la apariţia diferitelor specii de păsări, reptile, amfibieni, peşti şi nevertebrate.

Iată un aspect important în legătură cu care trebuie să fim prudenţi cum folosim metafora râului. Când ne gândim la separarea care a dus la toate mamiferele – ca opusă, să spunem, pârâului ce a dus la veveriţa cenuşie – suntem tentaţi să considerăm toate acestea la scară mare, ceva asemănător fluviilor Mississippi şi Missouri. Ramură mamiferelor este, la urma urmelor, destinată să se ramifice repetat până când produce toate mamiferele – de la chiţcanul mărunt la elefanţi, de la cârtiţa de sub pământ până la maimuţa 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 uriaş care îşi rostogoleşte apele? Ei bine, această imagine este complet greşită. Când strămoşii tuturor mamiferelor de astăzi s-au desprins din ramura celor care nu sunt mamifere, evenimentul nu a fost mai important decât oricare altă speciaţie. Ar fi trecut aproape neremarcat de vreun naturalist care s-ar fi aflat în acel moment prin preajmă. Noua ramificaţie a râului de gene ar fi fost un pârâiaş, aparţinând unui micuţ animal nocturn, nu cu mult mai diferit de verii lui ne-mamifere decât este o veveriţă roşie faţă de una cenuşie. 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 bucăţi de hrană pentru dinozauri, mici, cu nasul lung şi insectivore.

Aceeaşi lipsă de dramatism a caracterizat şi scindarea timpurie a strămoşilor tuturor marilor grupuri de animale: vertebratele, moluştele, crustaceele, insectele, viermii inelaţi şi cei plaţi, celenteratele şi aşa mai departe. Când râul destinat moluştelor (şi nu numai lor) s-a despărţit de cel al vertebratelor (şi nu numai al lor) cele două populaţii 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 fâşie de uscat care a separat apele anterior unite. Nimeni nu ar fi fost în stare să ghicească că o populaţie era destinată să dea naştere moluştelor şi cealaltă vertebratelor. Cele două râuri de ADN erau de-abia separate, în aşa 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 moluştele sau vertebratele. Ei sunt tentaţi să conceapă scindarea grupelor principale ca pe un eveniment important. Zoologii se pot înşela atât de mult deoarece au fost educaţi în credinţa că fiecare dintre marile diviziuni ale regnului animal este dotată cu ceva profund, unic, deseori desemnat prin termenul german Bauplan. Deşi acest cuvânt înseamnă chiar „plan”, el a devenit un termen tehnic recunoscut şi îl voi declina ca pe un cuvânt englezesc, chiar dacă (am fost puţin şocat să descopăr) nu se găseşte încă în Oxford English Dictionary. (Deoarece mie îmi place cuvântul mai puţin decât unora dintre colegii mei, admit cu un uşor frisson de Schadenfreude absenţa lui; aceste două cuvinte străine sunt în dicţionar, deci nu este vorba de nici o interdicţie 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 şase sute şi cinci sute de milioane de ani în urmă) trebuie să fi fost un fel de proces complet diferit de evoluţia 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, moluştele şi crustaceele. Eroarea este izbitoare. Chiar animale atât de deosebite între ele, ca moluştele şi crustaceele, au fost iniţial numai populaţii ale aceleiaşi 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 aşa. După milioane de ani de evoluţie separată, ele au dobândit trăsăturile pe care noi, cu privirea retrospectivă a zoologilor moderni, le recunoaştem drept caracteristice moluştelor şi 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 neînţelegere minoră chiar dacă mult mediatizată, cu privire la măsura în care evoluţia este treptată sau „în salturi”. Dar nimeni, şi când spun nimeni chiar aşa este, nu crede că evoluţia 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. Puţini 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 şi perfect alcătuite, precum Athena din capul lui Zeus, mai degrabă decât prin divergenţa unei populaţii 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 obişnuiţi să credem. Puteţi considera codul genetic ca pe un dicţionar în care şaizeci şi patru de cuvinte ale unui limbaj (şaizeci şi patru de triplete, combinaţii posibile ale celor patru litere ale alfabetului) sunt traduse în douăzeci şi unu de cuvinte într-o altă limbă (douăzeci şi unu de aminoacizi plus un semn de punctuaţie). Probabilitatea ca această corespondenţă 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 vieţuitoarele de pe pământ au descins dintr-un singur strămoş. Nimeni nu s-ar îndoi de acest lucru mai ales astăzi când sunt evidenţiate prin examinarea nu numai a codului, ci şi a secvenţei detaliate a informaţiei genetice, unele asemănări izbitoare între, de exemplu, insecte şi 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 şi chiar cu plantele. Trebuie să ajungi până la bacterii ca să găseşti rudele noastre îndepărtate, şi chiar şi atunci codul genetic este identic cu al nostru. Motivul pentru care putem face o evaluare atât de precisă asupra codului genetic, dar nu şi asupra anatomiei planurilor fundamentale de organizare, este că acest cod genetic este strict digital, unităţile sale putând fi riguros numărate şi analizate matematic. Râul de gene este un râu digital şi acum trebuie să vă explic ce înseamnă acest termen ingineresc.

Inginerii fac o distincţie importantă între codurile digitale şi cele analogice. Pick-up-urile şi casetofoanele – şi până recent şi cele mai multe aparate telefonice – utilizează codurile analogice. Compact discurile, calculatoarele şi cele mai moderne sisteme de telefonie folosesc codurile digitale. Într-un sistem de telefonie analogic, fluctuaţiile continue ale undelor sonore sunt traduse în fluctuaţiile corespunzătoare ale tensiunii într-un cablu. Un pick-up funcţionează asemănător: şanţurile discului fac să vibreze vârful acului şi aceste mişcări sunt traduse în fluctuaţii 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 şi direct: oscilaţiile curentului electric în cablu sunt proporţionale cu oscilaţiile presiunii undelor sonore. Între anumite limite, toate posibilele oscilaţii de tensiune trec prin circuitul electric şi ceea ce contează este diferenţa 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 şi 256 – sunt transmise prin cablu. Informaţia nu se află în valorile tensiunii propriu-zise, ci în modul de succesiune al acestora. Aceasta se numeşte 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 aveţi de făcut este să fixaţi nivele discrete la distanţă suficientă pentru ca fluctuaţiile aleatorii să nu poată fi niciodată interpretate deformat de către instrumentul receptor ca un nivel fals. Aceasta este marea virtute a codurilor digitale şi de aceea sisteme audio şi video – şi în general, tehnologia informaţiei – tind tot mai mult să devină digitale. Calculatoarele, bineînţeles, utilizează codurile digitale în tot ceea ce fac. Pentru comoditate se foloseşte 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 şi ies în receptor sunt totuşi oscilaţii de tip analogic ale undelor sonore. Ceea ce este digital este informaţia care circulă de la un post telefonic la altul. Trebuie să se stabilească un cod pentru a traduce valorile analogice în fiecare microsecundă, în secvenţe de pulsuri discrete – numerele codificate digital. Când discuţi cu iubita la telefon, fiecare nuanţă, fiecare modificare a vocii, fiecare suspin pasionat şi fiecare timbru convingător sunt transmise prin cablu sub formă de numere. Poţi să fii mişcat până la lacrimi de numere, cu condiţia ca ele să fie codificate şi decodificate destul de repede. Echipamentele moderne de comutare sunt atât de rapide încât aceşti timpi pot fi divizaţi în felii, cam în felul în care un maestru şahist îşi porţionează timpii într-o întrecere simultană cu alţi 24 de jucători. În acest fel, mii de conversaţii telefonice pot fi prinse de aceeaşi linie telefonică, aparent simultan, şi totuşi separate electronic fără interferenţă. Un trunchi telefonic – în ziua de azi multe dintre ele nu sunt câtuşi de puţin bazate pe cabluri, ci folosesc fascicule de unde radio transmise fie direct de pe un deal pe altul, fie de pe sateliţi – este un râu masiv de numere. Dar, datorită acestei segregări electronice ingenioase, există mii de râuri digitale care folosesc aceeaşi matcă numai aparent, aşa cum veveriţele roşii şi cele cenuşii folosesc acelaşi copac, dar niciodată nu-şi amestecă genele.

Revenind la lumea tehnicii, deficienţele semnalelor analogice nu deranjează prea tare, atâta timp cât ele nu sunt copiate repetat. O înregistrare pe bandă magnetică are un fâsâit atât de uşor încât nici nu îl percepem – dacă nu mărim intensitatea sonoră, caz în care şi fâşâitul se amplifică şi se introduc de asemenea alte noi zgomote. Dar dacă vom copia o bandă după o alta, apoi cea de a treia după a doua şi aşa mai departe, după o sută de „generaţii” 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 proporţional cu lungimea circuitului şi trebuie amplificat-reamplificat la fiecare o sută de mile. Aşa ceva nu era posibil pentru că fiecare staţie de amplificare mărea proporţional zgomotul de fond. Şi semnalele digitale au nevoie de amplificare. Dar, din motivele arătate, amplificarea nu introduce nici o eroare a mesajului: lucrurile pot fi făcute în aşa fel încât informaţia să treacă perfect neavând importanţă câte staţii de amplificare intervin. Fâşâitul nu creşte nici după sute şi 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 combinaţie interesantă a ambelor sisteme. O celulă nervoasă nu este similară unui cablu electric. Este un tub lung şi subţire de-a lungul căruia trec undele unor modificări chimice, asemenea unei dâre de praf de puşcă sfârâind pe pământ, cu excepţia faptului că, spre deosebire de dâra de praf de puşcă, nervul revine repede la starea iniţială şi sfârâitul se poate auzi din nou după o scurtă perioadă de repaus. Mărimea absolută a undei – temperatura prafului de puşcă – poate fluctua în timp ce se propagă de-a lungul nervului, dar faptul nu are nici o importanţă. Codul îl ignoră. Similar celor două niveluri distincte de tensiune din telefonia digitală, pulsul chimic ori este ori nu este. În această privinţă, sistemul nervos este digital. Dar impulsurile nervoase nu sunt forţate să se transforme în biţi: ele nu se asamblează în numere de cod discrete. În schimb, intensitatea mesajului (tăria sunetului, strălucirea luminii, poate chiar agonia unei emoţii) este codificată ca rată a impulsurilor. Inginerii numesc aceasta Modulare în Frecvenţă, iar ea avea mulţi adepţi 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 jumătăţi de măsură. Şi sistemul nervos are acelaşi avantaj că şi oricare sistem digital. Din cauza modului în care funcţionează neuronii, există echivalentul unui amplificator, dar nu la fiecare sută de mile, ci la fiecare milimetru – opt sute de staţii de amplificare între măduva spinării şi vârful degetelor. Dacă ceea ce contează este amplitudinea absolută a impulsului nervos – unda pulberii prafului de puşcă – mesajul ar putea fi distorsionat, devenind de nerecunoscut, pe traiectul unui braţ omenesc, şi cu atât mai mult de-a lungul unui gât de girafă. Fiecare staţie de amplificare ar introduce mai multe erori întâmplătoare, aşa 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 „generaţii” de fotocopii, tot ceea ce mai rămâne este o pată cenuşie. Codificarea digitală este singura soluţie pentru problema funcţionării celulei nervoase, iar selecţia naturală a adoptat-o în mod corespunzător. Acelaşi lucru e valabil şi pentru gene.

Francis Crick şi James Watson, cei care au descifrat structura moleculară a genei, ar trebui, după opinia mea, să fie onoraţi secole de-a rândul precum Aristotel şi Platon. Premiul Nobel le-a fost acordat pentru „fiziologie sau medicină”, şi aceasta este corect, dar aproape fără valoare. Să vorbeşti despre o revoluţie continuă este aproape o contradicţie de termeni, totuşi nu numai medicină, ci întreaga noastră înţelegere a vieţii va fi continuu revoluţionată ca rezultat direct al schimbării modului de gândire pe care aceşti doi tineri l-au iniţiat în 1953. Genele însele, şi bolile genetice, sunt doar vârful icebergului. Ceea ce este cu adevărat revoluţionar în biologia moleculară în era post-Watson şi Crick, este faptul că ea a devenit digitală.

De la Watson şi Crick încoace, am aflat că genele, în structura lor internă detaliată, sunt asemenea unor lungi filamente de pură informaţie digitală. În plus, ele sunt cu adevărat digitale, în deplinul sens al termenului în limbaj de calculatoare şi 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 diferenţelor de limbaj, paginile unui jurnal de biologie moleculară ar putea fi interschimbabile cu cele ale unei reviste de ingineria calculatoarelor. Printre multe alte consecinţe, această revoluţie digitală în însuşi miezul vieţii 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 şi ireductibil misterios. S-a terminat cu asta. Nici măcar acei filozofi care erau predispuşi la o privire mecanicistă asupra vieţii nu ar fi îndrăznit să spere într-o atât de completă împlinire a celor mai nebuneşti vise ale lor.

Următorul subiect science-fiction este absolut plauzibil, dacă luăm în consideraţie o tehnologie care se deosebeşte de cea de azi doar prin faptul că este puţin mai rapidă. Profesorul Jim Crickson a fost răpit de către o putere străină ostilă şi forţat să lucreze în laboratoarele ei de armament biologic. Pentru a salva omenirea, este vital să comunice câteva informaţii strict secrete în afară, dar toate canalele normale de comunicaţie îi sunt interzise. Cu excepţia unuia. Codul ADN, care constă în 64 de triplete, „codoni”, suficient pentru un alfabet englez cu litere mici şi mari plus zece numerale, un spaţiu şi un punct. Profesorul Crickson ia un virus gripal virulent din raftul laboratorului şi, prin tehnici de inginerie genetică, îi introduce în genom textul complet al mesajului său către lumea din afară, în propoziţii englezeşti perfect alcătuite. Şi reia mesajul în repetate rânduri în geno-mul modificat, adăugindu-i o secvenţă „steag” (flag) uşor de recunoscut – să zicem, primele zece numere prime. Apoi se autoinfectează cu virusul şi strănută într-o cameră plină cu oameni. Un val de gripă străbate lumea şi laboratoarele medicale din ţări îndepărtate s-au pus în mişcare să descifreze secvenţa 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 vieţii pe planetă, este în fond digital. Cuvânt cu cuvânt, cu mare exactitate, se poate cifra în întregime Noul Testament în acele porţiuni ale genomului uman care în prezent sunt ocupate cu „relicve” de ADN – adică ADN nefolosit, cel puţin în mod obişnuit, de către organism. Fiecare celulă din organismul dumneavoastră conţine echivalentul a patruzeci şi şase bănci de date imense care rulează caracterele digitale prin intermediul numeroaselor capete de citire ce lucrează simultan. În fiecare celulă, aceste benzi magnetice – cromozomii – conţin aceeaşi informaţie, 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, forţă conducătoare a vieţii, nici o vibraţie, apariţie, influenţă, protoplasma sau gelatină mistică. Viaţa este doar biţi şi biţi şi biţi de informaţie digitală.

Genele sunt informaţie pură – informaţie care poate fi codificată, recodificată şi decodificată, fără nici o alterare sau modificare a înţelesului. Informaţia pură poate fi copiată şi, deoarece este informaţie 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 generaţie în generaţie cu doar atâtea erori cât să introducă variaţie. Din această variaţie, combinaţiile codificate care devin mai numeroase în lume vor fi în mod evident şi automat cele care, decodificate şi impunându-se în corpurile respective, le fac pe acestea să ia măsuri active pentru a conservă şi propaga exact aceleaşi mesaje ADN. Noi – şi asta înseamnă toate fiinţele vii – suntem mecanisme de supravieţuire programate să transmită baza de date digitală cu care am fost programaţi. Darwinismul este considerat acum ca fiind supravieţuirea supravieţuitorilor 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 informaţia analogică atunci când este recopiată de-a lungul generaţiilor succesive. Este asemenea şoaptelor chinezeşti. Sistemele telefonice supraîncărcate, benzile magnetice recopiate, fotocopiile fotocopiilor – semnalele analogice sunt aşa de vulnerabile la degradarea cumulativă încât copierea nu poate fi realizată decât de un număr limitat de generaţii. Genele, pe de altă parte, se pot autocopia pentru zece milioane de generaţii şi nu se alterează aproape deloc. Darwinismul funcţionează doar pentru că – în afară de mutaţiile distincte, pe care selecţia naturală ori le elimină ori le conservă – procesul de copiere este perfect. Doar un sistem genetic digital este capabil să susţină darwinismul de-a lungul epocilor geologice. 1953, anul dublului helix, va fi considerat nu numai sfârşitul unor opinii mistice şi obscurantiste asupra vieţii; darwiniştii îl vor privi ca pe anul în care obiectul lor de studiu a devenit în sfârşit digital.

Râul de informaţie digitală pură, care curge maiestuos prin timpurile geologice şi care se împarte în trei miliarde de ramuri, este o imagine foarte sugestivă. Dar atunci unde sunt trăsăturile familiare vieţii? Unde sunt corpurile, mâinile şi picioarele, ochii, creierii şi mustăţile, frunzele şi tulpinile şi rădăcinile? Dar atunci unde suntem noi, părţile noastre componente? Noi – noi, animale, plante, protozoare, ciuperci şi bacterii – suntem doar matca prin care curg pârâiaşele datelor digitale? Într-un sens da. Dar, aşa cum am sugerat, înseamnă mai mult de atât. Genele nu realizează doar autocopii care se transmit de-a lungul generaţiilor. De fapt ele există tot timpul în interiorul corpurilor şi influenţează forma şi 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 râuleţ digital. El este, de asemenea, un mecanism de o complexitate mare cât un urs. Genele întregii populaţii de urşi polari sunt un colectiv – buni camarazi care se întrec unii cu alţii de-a lungul timpului. Dar ele nu există tot timpul în compania tuturor celorlalţi 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. Şi acel corp nu este un recipient pasiv al ADN-ului.

Pentru început, numărul real de celule, în fiecare existând un set complet de gene, depăşeşte imaginaţia: aproape 900 de milioane de milioane pentru un urs mascul mare. Dacă am alinia într-un singur şir toate celulele unui urs polar, acesta ar putea face cu uşurinţă traseul Pământ–Lună şi retur. Aceste celule sunt de vreo două sute de tipuri distincte, în principal aceleaşi două sute pentru toate mamiferele: celule musculare, nervoase, osoase, epiteliale şi aşa mai departe. Celulele fiecăruia dintre aceste tipuri distincte sunt grupate împreună formând ţesuturi: muscular, osos şi aşa mai departe. Toate tipurile de celule conţin instrucţiunile genetice necesare formării oricăruia dintre ele. Numai genele adecvate ţesutului considerat sunt declanşate. Din această cauză, celulele diverselor ţesuturi sunt de forme şi mărimi diferite. Şi mai interesant, genele declanşate într-un anumit tip de celule fac să-şi dezvolte ţesutul într-o anumită formă. Oasele nu sunt nişte mase fără formă de ţesut tare, rigid. Ele au forme specifice cu tije goale în interior, rotunjiri şi cavităţi, creşte şi pinteni. Celulele sunt programate de către genele declanşate în interiorul lor să se comporte ca şi cum ar şti unde se află în raport cu celulele vecine şi acesta este modul în care îşi construiesc ţesuturile în forma lobului de ureche, a valvelor inimii, a cristalinului ochiului său a muşchilor sfincterului.

Structura complexă a unui organism ca, de exemplu, cea a ursului polar este multistratificată. Corpul este o complexă colecţie de organe cu formă precisă că ficatul, rinichiul şi oasele. Fiecare organ este un edificiu complex, modelat din ţesuturi specifice ale căror cărămizi constitutive sunt celulele, adesea în straturi sau foiţe, dar de multe ori şi în mase solide. La o scară mult mai mică, fiecare celulă are o structură interioară extrem de complexă, alcătuită din membrane pliate. Aceste membrane, şi lichidul dintre ele, constituie locul de desfăşurare al complicatelor reacţii chimice de foarte numeroase şi variate tipuri. Într-o uzină chimică aparţinând de ICI sau de Union Carbide, se pot desfăşura câteva sute de reacţii chimice distincte. Aceste reacţii vor fi separate unele de altele prin pereţii recipienţilor, tuburilor şi aşa mai departe. O celulă vie ar putea fi locul de desfăşurare al unui număr asemănător de reacţii 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, deşi multe dintre reacţiile chimice se desfăşoară între membrane, o bună parte au loc chiar în interiorul lor. Al doilea, există o cale mult mai importantă prin care diferitele reacţii sunt separate. Fiecare reacţie este catalizată de propria ei enzimă specifică.

O enzimă este o moleculă foarte mare a cărei formă tridimensională accelerează o anumită reacţie chimică prin furnizarea unei suprafeţe care facilitează acea reacţie. Deoarece ceea ce contează în cazul moleculelor biologice este forma lor tridimensională, putem considera enzimă ca pe o maşină-unealtă mare, reglată cu atenţie pentru a realiza o linie de producţie a moleculelor cu formă specifică. Prin urmare, orice celulă poate găzdui sute de reacţii chimice distincte, care se desfăşoară în interiorul ei simultan şi separat pe suprafeţele diferitelor molecule enzimatice. Reacţiile chimice specifice care se desfăşoară 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 influenţa determinantă a unei anumite gene. Mai exact, secvenţa precisă a câtorva sute de litere de cod din genă determină printr-un set de reguli care sunt în totalitate cunoscute (codul genetic) secvenţa amino-acizilor din molecula enzimei. Fiecare moleculă enzimatică este un lanţ de aminoacizi şi fiecare lanţ liniar de aminoacizi se răsuceşte spontan într-o structură tridimensională unică şi specifică, ca un nod în care se formează legături între diferitele părţi ale lanţului. Structura tridimensională exactă a nodului este determinată de succesiunea unidimensională a amino-acizilor şi, prin urmare, de succesiunea unidimensională a literelor de cod din genă. Şi astfel, reacţiile chimice care au loc într-o celulă sunt determinate de genele care sunt declanşate.

Atunci ce determină care gene sunt declanşate într-o anumită celulă? Răspunsul este substanţele chimice deja prezente în celulă. Este un element al paradoxului oului şi găinii, dar nu este de nerezolvat. Soluţia paradoxului este de fapt foarte simplă în principiu dar complicată în detaliu. Este soluţia pe care informaticienii o cunosc sub numele de program de încărcare iniţial. 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 şi cartele perforate, dar principiul era acelaşi.) Înainte de a putea încărca de pe o bandă mare un program serios, trebuia să încarci un program mai mic numit program de încărcare iniţial. Programul de încărcare iniţial al calculatorului era un program care făcea un singur lucru: îi spunea calculatorului cum să încarce benzile de hârtie. Dar aici apare paradoxul oului şi găinii. Cum era la rândul ei banda programului iniţial încărcată ea însăşi? La calculatoarele moderne echivalentul programului de încărcare iniţial este hard-ul instalat pe maşină, dar în acele vremuri trebuia să începi manipulând nişte butoane într-o succesiune rituală. Această succesiune îi spunea calculatorului cum să înceapă citirea primei părţi a benzii programului de încărcare iniţial. Aceasta, la rândul său, spunea apoi ceva mai mult despre cum să citească următoarea parte a benzii programului de încărcare iniţial şi aşa mai departe. Cu timpul, întregul program de încărcare a fost absorbit, calculatorul ştiind cum să citească orice bandă de hârtie şi 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 şi aşa mai departe. Durează doar câteva duzini de generaţii pentru a spori numărul de celule la trilioane, atât este de mare puterea diviziunii exponenţiale. Dar, dacă totul s-ar rezuma la atât, trilioanele de celule ar trebui să fie toate la fel. Cum se diferenţiază ele însă (pentru a folosi un termen tehnic) în celule hepatice, renale, musculare şi aşa mai departe, fiecare cu gene funcţionale diferite şi enzime active diferite? Printr-un program de încărcare iniţial care funcţionează asemănător cu acesta. Deşi arată ca o sferă, oul posedă de fapt o polaritate chimică internă. Are un vârf şi o bază, iar în multe cazuri o faţă şi un spate (şi prin urmare de asemenea o parte dreaptă şi una stângă). Aceste polarităţi se manifestă sub forma gradienţilor chimici. Concentraţiile unor substanţe cresc constant din faţă spre spate, altele de la vârf spre baza oului. Aceşti gradienţi timpurii sunt destul de simpli, dar sunt suficienţi pentru a forma prima etapă în operaţia de încărcare a programului.