22 agosto 2021

La probabilità e la nascita casuale di un motore batterico

 

1 – flagello 

3 – elemento angolare

4 – anello di giunzione

5 – anello sulla membrana esterna

6 – asse del motore

7 – anello sulla parete cellulare

8 – parete cellulare

9 – statore

10 – anello sulla membrana interna

11 – anello interno

12 – sistema di secrezione di tipo III

 

Ci sono batteri che hanno un flagello azionato da un piccolo motore, che permette loro di muoversi in un liquido alla ricerca del cibo. Questo motore nel caso dell’Escherichia coli, è stato il più studiato ed è risultato essere un apparato molto sofisticato composto dal flagello, dall’elemento angolare, dai cuscinetti di raccordo e di quelli che lo fissano al tre membrane, esterna, cellulare e citoplasmatica, dall’asse, dal volano e dall’apparato motore elettrico funzionante con una tensione di circa 200 mV. Si è visto che il numero totale di proteine strutturali e di regolazione e assemblaggio coinvolte sono di 34 tipi, ma il funzionamento nel dettaglio di questo ‘motore elettrico super-ultra-nano’ non è stato ancora del tutto chiarito. 

Ci si chiede come sia potuto nascere con processi evolutivi di ‘mutazione’ questo apparato chiaramente "irriducibilmente complesso", terminologia introdotta da Behe (1) per indicare un sistema che per funzionare ha bisogno della comparsa contemporanea di tutti i suoi componenti, se si toglie un ‘pezzo’ infatti smette di funzionare, e che pertanto può essere portato come prova dell’esistenza di un ‘Progetto Intelligente’ (2). 

Kenneth R. Miller, che si è opposto a Behe, ha ipotizzato invece che esso sia nato dalla semplice trasformazione con mutazioni delle proteine strutturali dell’orifizio escretorio, chiamato sistema di secrezione di tipo III. Ma questa tesi è stata contestata da Scott Minich il quale ha asserito che invece forse è vero il contrario, in quanto molte linee di prova sostengono che il flagello esisteva prima dell’apparato escretore (3). In ogni caso il motore consiste in parecchie dozzine di proteine che non sono presenti nel sistema di secrezione di tipo III ma sono “uniche in questo motore e non sono state trovate in altri sistemi viventi” (4).

Ma qual’è allora la probabilità che queste proteine si siano formate con mutazioni così come sostiene la teoria evoluzionista?

Innanzitutto c’è da dire che è stato supposto che il motore primitivo, considerato più semplice di quello attuale, avrebbe dovuto avere una configurazione minimale fatta da almeno 16 proteine di tipo diverso: con meno si pensa che non sarebbe venuto fuori nulla di funzionante.

Dopo ciò si può supporre, ritenendo buona l’ipotesi evoluzionista, che ognuna di queste proteine sia il risultato di mutazioni di altre proteine esistenti (nel caso di Behe sconosciute e nel caso di Miller quelle che costituivano la parete del tubo escretorio). Per il calcolo si possono distinguere due casi: caso con presenza di selezione e caso con assenza selettiva.

 

Probabilità con selezione (la trasformazione simultanea in un unico batterio)

Bisognerebbe fare un calcolo di quanti amminoacidi devono essere sostituiti in una proteina per ottenere una nuova funzione, come ad esempio la capacità di un asse tubolare o di un filamento di ruotare velocemente e in modo stabile.

Da alcuni anni si usano simulazioni al computer per influenzare l’attività enzimatica di alcune proteine in maniera da ottenere degli scopi prefissati. “Dalle ricerche condotte finora risulta che la costruzione di un’attività enzimatica del tutto nuova, richiede una serie di trasformazioni della struttura proteica che debbono avvenire tutte contemporaneamente. In base a tali studi possiamo indicare un numero approssimativo di 10 trasformazioni indispensabili per la formazione di un’attività enzimatica del tutto nuova” (5) . Per ottenere proteine motore si pensa che in realtà le trasformazioni debbano essere molte di più, ma anche mantenendosi bassi, con sole 10 trasformazioni si ottiene una probabilità di formazione casuale irrisoria.

Una stima attuale della frequenza delle mutazioni puntiformi nei batteri è di una ogni 7x 10-10. Anche a supporre nel passato una velocità di mutazione 1000 volte superiore arriviamo a circa 1 mutazione su un milione di batteri, con una probabilità quindi di 10-6, cioè di un milionesimo. Ma le mutazioni devono essere 10 e siccome ognuna è indipendente dall’altra abbiamo che la probabilità totale è data dal prodotto delle probabilità di ognuno degli eventi e quindi è 10-60, supposto per giunta che non si producano nel frattempo mutazioni svantaggiose. Questa probabilità è estremamente bassa e rappresenta quella della formazione di un’unica proteina motore che però se spuntasse da sola non servirebbe a nulla e la cellula in questione verrebbe eliminata dalla selezione perché spreca materiale ed energia per la produzione di una proteina temporaneamente inutile. Per avere un reale vantaggio selettivo è quindi necessaria la trasformazione simultanea di 16 proteine e quindi di 160 mutazioni in un unico batterio: ma questo porta “ad una probabilità talmente bassa, da non essere plausibile neppure nel corso delle ere geologiche” (6).


Probabilità senza selezione (trasformazioni neutrali trasferiti in sequenza nella popolazione).

Quello precedente è il calcolo effettuato per variazioni quasi simultanee in un unico batterio, il fatto che debbano avvenire contemporaneamente è dovuto infatti al motivo che eventuali variazioni incomplete, dando un apparato non funzionante, sarebbero eliminate dalla selezione. Ma c’è un modo per non avere bisogno della contemporaneità, e ciò il caso in cui le variazioni possano avvenire in geni duplicati ‘silenti’, che poi verranno riattivati dopo che saranno avvenute tutte le trasformazioni necessarie. In questo caso si parla di mutazioni neutrali: la selezione non le vede, almeno fino a quando i geni deputati alla costruzione del motore non vengono rimessi in gioco.

Ovviamente queste mutazioni in sequenza non possono essere pensate per un unico batterio, perché tenuto conto dei tempi occorrenti dovrebbe essere praticamente immortale, ma bisogna tenere conto della trasmissione ‘silente’ di tali mutazioni nella discendenza e quindi nella popolazione. Allora supposto che il tasso mutazionale sia di 10-6 mutazioni per generazione e per coppia di basi (mutazioni puntiformi) e per tempo di una generazione, che è di circa 1 giorno, si può calcolare che ci vorrebbero soltanto 10.000 generazioni e quindi circa 27.000 anni per ottenere le 10 mutazioni richieste per una proteina del futuro motore. Dal punto di vista dei tempi geologici a disposizione si tratterebbe di un tempo molto breve e si può supporre che anche per ognuna delle rimanenti 15 proteine i tempi dovrebbero essere comparabili. Ma come dicono Junker  e Scherer (7) “il successo apparente di questo percorso viene però conquistato al prezzo di presupposti biologici non realistici: bisogna infatti postulare che nei geni motore futuri non avvengano (nel contempo – nota mia) mutazioni svantaggiose”. Invece così come si ipotizzano quelle vantaggiose, esistono anche delle mutazioni svantaggiose molto più numerose e frequenti, 10-4 mutazioni per generazione e per coppia di basi e per tempo di una generazione, e tali variazioni, in numero 100 volte superiori, distruggerebbero quelle vantaggiose prima che il motore si possa assemblare. In base a quanto sappiamo finora, la ‘corsa’ verrà vinta, alla fine, dalle numerose mutazioni negative per la futura funzione motore. La teoria neutrale dell’evoluzione non fornisce quindi, per il momento, una spiegazione dello sviluppo del motore batterico”(8)

Conclusione

Perciò possiamo dire con Junker e Scherer che  in quanto scienziati dobbiamo concludere che la produzione di una macchina molecolare, come il motore batterico, non è spiegabile con i processi evolutivi conosciuti finora” (9).


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Note e Crediti

(0) La figura è stata tratta da Wikipedia al seguente link  

(1) M.J Behe – Irriducible complexity: obstacle to darwinian evolution’ a pag 352 in W.A Dembsky e Rus – Debating Design citato da Jonathan Wells in – Le Balle di Darwin - a pag. 147

(2) Jonathan Wells – Le balle di Darwin – Rubettino 2009 a pag. 145

(3) Minnich e Meyer ‘Genetic Analysis of coordinate flagellar and tipe III regulatory circuits’ citato da Jonathan Wells op. cit. a pag. 147

(4) Jonathan Wells op. cit. a pag. 147

(5) Junker e Scherer – Evoluzione, un trattato critico – Gribaudi 2007 a pag. 161

(6) Junker e Scherer op. cit. a pag 162

(7) Junker e Scherer op. cit. a pag 163

(8) Junker e Scherer op. cit. a pag 163

(9) Junker e Scherer op. cit. a pag 163.

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