تطور البروتينات - مضاد التجمد AFP/AFGP مثالا
- Illidan Stormrage
- 1 day ago
- 76 min read
These proteins have a very unusual and simple structure. They are made up of 4 to 55 repeats of just three amino acids, whereas most proteins contain all 20 different types of amino acids.
Sean B. Carroll, The Making of the Fittest: DNA and the Ultimate Forensic Record of Evolution (2007) p.25
ان هياكل هذه البروتينات غير تقليدى و بسيط فهو يتألف من تكرار 3 أحماض أمينية فقط بينما معظم البروتينات ليست كذلك
-عالم البيولوجيا التطورية شون كارول
لا يتوقف التطوريون عن اتحافنا بردود لا علاقة لها بما نقول أصلا سواءا من باب عدم فهم ما نقول أو فهمه مع الرغبة فى التشغيب عليه أمام العامة للايحاء بوجود ردود تطورية قوية و من هذا ردودهم فى مجال تطور البروتينات. شرحنا فى مقال سابق ما هى المشكلة و كيف أن ما نناقشهم فيه هو أصول التطويات folds (التصميمات ثلاثية الأبعاد) البروتينية و كيف أن ردودهم (كشيوع التطويات أو امكان انتاج الطية الواحدة بطرق مختلفة أو تعدد وظائف الطية و غيرها) اما خاطئة أو لاعلاقة لها بالموضوع و اما قائمة على تمييع مفهوم الطية الوظيفية (مجرد انتاج أى تفاعل أو تأثبر بيوكيميائى بغض النظر عن ماهيته و ما هى متطلباته الوظيفية). هنا ينتقل التطوريين الى الرد بطريقة عملية و ذلك بالقول بوجود أمثلة عملية على تطور الجينات و البروتينات مما ينفى نقدنا و يثبت خطأه.
دعنا نبدأ بسيناريو خيالى: سنفترض أن التطورى أتى لنا فعلا بنشأة مرصودة لتطوى بروتينى أو الة جزيئية فهل هذا ينفى كلامنا؟ طبعا لا. كيف؟ لتفهم كيف دعنا نعطى مثالا بسيطا: لديك حجر نرد تقليدى عليه 6 أرقام من المفترض أنه و عبر عدد كبير من عمليات القاء حجر النرد تجد اجمالى النتائج بالتقريب هى السدس لكل رقم وفقا لحساب الاحتمالات. هنا يأتيك شخص بحجر نرد و يبدأ فى القاءه أمامك مئات المرات لتفاجأ بأن اجمالى ظهور رقم معين خمسة أسداس و ليس السدس و يصيح العبقرى منتصرا هل رأيت: ان نقدك المبنى على نظرية الاحتمالات خاطئ فقم بتعديل حساباتك؟ هذا هو حرفيا ما فعله التطوريون فى مؤتمر وستار الذى تحدثنا عنه فى المقال السابق عندما اعترضوا على حسابات خبراء الرياضيات و مختصى نظرية المعلومات و قالوا لهم عدلوا أنتم حساباتكم فالتطور حدث و نحن متأكدون و هو ما يستمرون فى محاولة فعله.
هل قدم لنا هنا المخالف دليل على أن حساب الاحتمالات خطأ؟ أو أن قواعد الرياضيات خطأ؟ أو أن حساباتنا خطأ؟ طبعا لا مهما حاول أن يوحى بذلك فى كلامه بل هو فى الواقع قدم دليلا عمليا على أن الأمور لا تعمل بالطريقة التى يزعمها! لقد قدم دليلا عمليا على أن هناك تدخل ما فى مرحلة ما لامالة كفة الاحتمالات: اما أن يكون الرامى يتلاعب بالرمية بطريقة ما لترجيح الاحتمالات أو يكون حجر النرد ذاته غير متوازن أو لا يحتوى على الأرقام من 1 الى 6 أصلا بل يحتوى على أكثر من رقم 6 أو ربما احتمال اخر لكن المستحيل ذاته هو أن يكون حجر النرد متوازن و يضم الستة أرقام و الرامى لا يتلاعب ثم يواصل حجر النرد انتاج 6 باستمرار مهما حاول الرامى أن يقنعك أن "انتخابنا" لرقم 6 ليكون الفائز هو السبب لأن انتخابنا لرقم 6 يحدث بعد الرمية و لا يؤثر على نتائجها! الان طبق نفس هذا الكلام على ما ذكرناه فى المقال السابق من الاستحالة الرياضية لتطور الطيات البروتينية لتدرك أن التطورى لو أتى لك بطية تتطور أمام عينيك فهو لم يثبت لك بالتأكيد أن التطور معفى من قوانين الرياضيات بل أثبت لك بدليل دامغ أن ما يقوله مستحيل أن يكون صحيحا و أن هناك برمجة معلوماتية فى مكان ما من الجينوم لابد لتوجه ما يحدث – لكن هل أصلا أتى لنا التطورى بنموذج طية تتطور أمام أعيننا؟ الاجابة هى كلا بل كل ما يفعلونه اما أن يكون تنويعا على فكرة الانزيمات متعددة الوظائف promiscuous أو سرديات تاريخية مبنية على التشابه homology الذى جفت حلوقنا و نحن نشرح لهم أنه ليس دليلا على أى شئ
البروتينات المضادة للتجمد – دراسة حالة:
لعل من الأمثلة الشهيرة التى يستخدمها التطوريون كثيرا هى البروتينات المضادة للتجمد و التى يزعمون أنهم أثبتوا تطورها وفقا لعدة سيناريوهات منها ذلك الذى وضعوه لتطور أحدها من جين الترسينوجين و اخر من جين ساس SAS (sialic acid synthase) و ثالث من بروتينات لكتين C-type Lectin like Domains (CTLDs) الخ فهل أثبتوا حدوث ذلك فعلا؟و هل يؤثر ذلك على حجتنا بفرض حدوثه؟
سنفترض تنزلا مع المخالف أنها "تطورت"كما قالوا (سنعود لهذه النقطة لاحقا لأنهم فى الواقع لم يثبتوا شئ) فهل ينفى ذلك حجتنا؟ لنجيب عن هذا السؤال يجب أن نفهم ما الذى تفعله هذه البروتينات بالضبط و ما هو التصميم/مفهوم المعلومة الوظيفية الذى نناقش التطوريين فيه.ان الكثير من الأمثلة الشائعة لهذه البروتينات تعتمد على تيمات نمطية تكرارية لبضعة أحماض أمينية يتم تكرارها عدة مرات مثل التيمات الغنية بالألانين alanine-rich كتيمة Thr-Ala-Ala التى اشتهرت فى أوراق كريستينا تشينج أو تيمة T-x-T ثريونين فاصل ثريونين و لقد تحدثنا من قبل عن الفرق بين النمط الرتيب التكرارى pattern/periodic و بين المعلومة Complex Specified Information و التى هى بتعريفها aperiodic (و التى هى بالمناسبة ليست مفهوما خلقويا كما يزعمون بل مفهوم قادم من نظرية المعلومات و قد اعتمده التطوريون أنفسهم قبل أن ينقلبوا عليه) و كيف أن مدرسة التصميم أصلا لا تناقش التطوريين فى الأنماط بل فى المعلومات المعقدة و كمثال بسيط للفرق بين الاثنين فهو كالفرق بين الجمل التى تقرأها الان و بين تكرار نمطى على غرار: زوة زوة زوة فالثانى يمكن أن ينتج عن قرع أزرار لوحة المفاتيح بالصدفة بلا هدف لكن الأول لا. بل انه من المثير للسخرية أن المثال المذكور للأنماط الغير معلوماتية فى المقال فى الرابط السابق كان البلورات كبلورات الثلج ردا على من يزعمون أنها نموذج لمعلومات تنتج عن قوانين الفيزياء.
حسنا كيف تعمل بروتينات مضاد التجمد؟ هل تقوم بأى معالجة مركبة أو معقدة كالانزيمات الوظيفية catalytic site و الالات الجزيئية molecular machines التى نناقش التطوريين فى نشأتها؟ (لا تحتاج الى قراءة المقالات فى الروابط بل فقط النظر الى بعض المقاطع المرفقة للانزيمات أو الالات الجزيئية مثل Aconitase/ATP synthase/topoisomerase أو RuvAB ناهيك عن المسارات المتكاملة التى تتطلب أكثر من انزيم مثل glycolysis) لا تعمل مضادات التجمد بهذه الطريقة بل بمجرد الالتصاق بسطح بلورة الثلج لعرقلة نموها و جذبها لجزيئات ماء أخرى و بالتالى منع تجمد سوائل الجسد كالدم أو العصارات الهضمية فى الأجواء الباردة. ما الذى تحتاج اليه للارتباط بنمط رتيب تكرارى غير معلوماتى كنمط البلورات؟ تحتاج الى نمط رتيب تكرارى غير معلوماتى مقابل! بعبارة أخرى لقد لف التطوريون و داروا ليعودا الى الأنماط و البلورات التى لا يملكون سواها و الى "الالتصاق" كبديل عن المعالجات الكيميائية المعقدة و تحفيز التفاعلات الذى تقوم به الانزيمات لأن الالتصاق وظيفة بسيطة لا تتطلب تعقيدا مقارنة بالالات الجزيئية و الانزيمات و لا تتطلب موقع ارتباط معقد بل كل ما تتطلبه تكرار periodicity على مسافات متساوية عادة لأحماض محبة للماء تفصلها أحماض كارهة له. بل و حتى على مستوى الالتصاق لا تحتاج الى شكل هندسى محدد لتحقيق ما يسمى hand-in-glove fit التحام اليد بالقفاز المميز لمواقع الارتباط المعقدة بل مجرد سطح مستوى الى درجة كبيرة.
Site-specific mutagenesis has defined a site on each of these proteins that is relatively extensive and flat and quite hydrophobic.
Maya Bar Dolev et al., "Ice-Binding Proteins and Their Function" Annual Review of Biochemistry Volume 85, p.515-542 (2016)
Despite their differences in overall structure, IBPs[Ice Binding Proteins] share a flat, relatively hydrophobic face that serves as the protein's IBS[Ice Binding Site]
Soudabeh Ghalamara et al., "Structural diversity of marine anti-freezing proteins, properties and potential applications: a review" Bioresources and Bioprocessing volume 9, Article number: 5 (2022)
Many structural studies have shown a correlation between the periodicity of the ice-binding surface elements of AFPs and their respective ice-binding planes...firmly established the correlation of the distance between regularly spaced polar threonine residues and that of water molecules of the ice lattice of the {2021} pyramidal ice plane in the direction by searching for energetically stable conformations...The ice binding face has a regular array of repeating threonine-x-threonine (T-X-T) motifs whereby the spacing between threonine residues match the repeat spacing parallel to the c-axis of ice of approximately 7.4 Å and motifs on adjacent β-strands closely match the a-axis repeating dimensions of the prism face of ice of 4.5 Å...Each of the definitive ice binding events incorporated a linear array of 6 water molecules bridging between the prism face and a row of conserved threonine residues (Thr 7, 23, 39, 54, 69, 84 and 101) as shown in Figure 4. These water molecules had the same periodicity of the prism face, spaced approximately 4.5 Å apart...Our simulations have shown that sbwAFP activity depends on binding and arranging water in a similar periodicity to ice which in turn bind to the prism face of ice,
Michael J Kuiper et al., "The biological function of an insect antifreeze protein simulated by molecular dynamics" eLife 4:e05142 (May 7, 2015)[emphasis added]
لننظر معا الى صورة و مقطع من الورقة السابقة لتوضيح الأمر:
هل منع نمو البلورة بعد الالتصاق يحدث عن طريق معالجة معقدة مثلا؟ كلا بل هى عملية تحدث تلقائيا وفق قوانين الفيزياء/الديناميكا الحرارية اذ يؤدى التصاق البروتينات بسطح البلورة فى عدة مواضع الى منع عملية النمو التقليدية لسطح البلورة و السماح بها فقط فى المناطق الفارغة بين البروتينات الملتصقة (راجع بداية المقطع المرفق أعلاه) مما يؤدى الى اضطراب/انبعاج فى شكلها curvature يصعب انضمام ذرات اضافية لها thermodynamically unfavorable بعبارات مبسطة فانك تحتاج الى صناعة فجوات/حفر فى السطح المتنامى للبلورة و ليس الى أى عمل ميكانيكى أو بيوكيميائى معقد لدرجة امكان اتمام هذه العملية بدون بروتينات أصلا عن طريق بعض الأشكال البلورية
IBP freezing adsorption to ice creates a microcurvature of the crystal surface, making it thermodynamically harder for water molecules to build up and establish the crystal...ice-binding by IBPs is a diffusion-controlled reaction, with the rate-limiting phase being the IBP coming into contact with the ice and making an effective bonding connection.
Soudabeh Ghalamara et al., "Structural diversity of marine anti-freezing proteins, properties and potential applications: a review" Bioresources and Bioprocessing volume 9, Article number: 5 (2022)
IBP molecules bind the surface of a growing ice front, confining water molecules to join the ice lattice only between adsorbed IBP molecules. The ice continues to grow for several nanometers, starting from a flat surface with infinite radius of curvature that turns into a round surface as the ice grows, eventually reaching a critical radius at which growth becomes energetically unfavorable...zirconium acetate (ZRA) was found to produce hexagonal pits in materials grown by ice templating [Deville S. et al. 2011. Ice shaping properties, similar to that of antifreeze proteins, of a zirconium acetate complex]
Maya Bar Dolev et al., "Ice-Binding Proteins and Their Function" Annual Review of Biochemistry Volume 85, p.515-542 (2016)
كمثال تخيل شخصا يريد أن يثبت لك أن السدود المولدة للكهرباء بما تحويه من الات و معدات مطلوبة لتحويل الطاقة الحركية لتدفق الماء الى كهرباء الى جانب هيكلها المهندس و المكون من مواد خاصة بعمليات البناء – يريد أن يثبت لك أن هذا كله بلا تصميم فأتى لك بنموذج عبارة عن عملية القاء أحجار لاعاقة مجرى مائى كدليل! ان نموذجه لا يصلح لتفسير السد الذى يبنبه القندس فما بالك بالسد الذى يبنيه المهندسون و العمال و الات البناء! نفس الأمر ينطبق على نموذج الالتصاق بالبلورات فهذا يعتبر استثناء لا قاعدة فالانزيمات لا تعمل بهذه الطريقة و مواقع الارتباط binding sites/Active sites خاصة تلك التى تقوم بتحفيز التفاعلات catalytic ليست بهذه المتطلبات البسيطة بل ذات صفات شكلية و كيميائية ملائمة لأهدافها سواءا جزيئات substrates أو بروتينات أخرى (و لنا مثال فى طفيل الملاريا الذى أمضى مليارات المحاولات لتطوير موقع ارتباط الكولوروكوين) و لو كانت المسألة التصاق فقط بناءا على ألفة و كراهية الماء لتكدست البروتينات و الانزيمات على بعضها فى الخلية و ارتبطت معا بشكل غير انتقائى قاتلة الكائن فورا و يمكننا رؤية مثال على ذلك من نفس هذه البروتينات الملتصقة اذ يشير المصدر السابق ذاته الى محاولة تعديل بعض أنواع البروتينات لازالة قطعة الحماية التى تغطى موقعا يسمح بارتباط البروتينات ببعضها البعض مما قاد الى حالة مرضية ضارة من تكتل البروتينات و هو ما اعتبرته الورقة دليلا على "الضبط الدقيق" المطلوب لادارة ما الذى "سيلتصق" به البروتين وهو ما يوضح لنا مدى عدم واقعية التعامل مع مواقع الارتباط المبسطة هذه كقاعدة لا كاستثناء
An interesting modification of sbwAFP and rye grass AFP was observed by removing the β-solenoid cap structures to allow end-to-end self-assembly of the proteins. The decappped proteins aggregated to form micron-length fibers similar to naturally occurring amyloid fibrils. This type of modification demonstrates the fine tuning of the natural protein sequences needed to avoid aggregation of AFPs in nature.
Maya Bar Dolev et al., "Ice-Binding Proteins and Their Function" Annual Review of Biochemistry Volume 85, p.515-542 (2016)
و من جديد و لكى ترى نموذجا للفروق فى متطلبات مواقع الارتباط يمكنك مراجعة بعض المقاطع التى أرفقناها فى مقالات سابقة للانزيمات و المسارات البيوكيميائية و الالات الجزيئية لتدرك حجم الفرق شكليا/مياكانيكيا/بيوكيميائيا.
لتبسيط الأمر لغير المتخصص: تخيل شخصا تسأله كيف نشأت المحركات و الالات و الأذرع الميكانيكية و خطوط الانتاج فى المصانع الى اخر هذه الأشياء التى تتطلب أجزاء منحوتة و مصممة بطريقة ملائمة للتركيب فى بعضها و لأداء وظائف معقدة و متخصصة مختلفة بشكل متناسق فذهب و أتى لك ببعض أحجار المغناطيس و بدأ القاءها على بعض الأسطح المعدنية مستدلا بالتصاقها بها على كون هذه هى الية نشاة الالات. ثم تحمس أكثر و بدأ يحدثك عن اليته الانتخابية التى تقوم بصقل و تحسين الوظيفة اذ أن أحجار المغناطيس ذات الأسطح الأكبر و الأكثر انتظاما تلتصق بشكل أفضل فيتم انتقاءها! حالة التصاق مغناطيسى تتم وفق قوانين الفيزياء أصبحت دليلا على نشأة الالات المركبة و خطوط الانتاج دون تصميم! لا تعليق! هنا قد يقول لك التطورى: فى المصادر السابقة رأينا طيات و أشكال ثلاثية الأبعاد حتى و ان لم تحتاج لمواقع ارتباط متخصصة. هذه بالتأكيد أنتجها التطور أليس كذلك؟ ان أوراقهم عن البروتينات المضادة للتجمد مليئة بالحديث عن الضغط الانتخابى القوى الذى مثله تجمد مياه القطبين و عن تنوع أشكال البروتينات المضادة للتجمد مما يعنى سهولة انتاج حلول متنوعة بطرق كثيرة لهذه المشكلة وفقا لروايتهم.
-بعيدا عن التناقض فى محاولة الاستدلال بامكان انتاج شئ سهل على امكان انتاج شئ معقد و فى محاولة الاستدلال يشئ شائع على شئ نادر كالطيات البروتينية لكن المشكلة هى أنهم يعترفون أن هذه البروتينات "المضادة للتجمد"موجودة فى كائنات تعيش فى مناطق لا علاقة لها بالتجمد بما فى ذلك المناطق الاستوائية الحارة! طبعا السؤال البديهى الان هو ما هى القوة الانتخابية التى تجعلك تريد مضاد تجمد فى الحر؟ و الاجابة هى لا يوجد لأن هذه ليست بروتينات قاصرة على التصدى للتجمد بل لها وظائف متعددة فى الارتباط بأشياء كثيرة غير بلورات الثلج
AFP has been found in temperate, subtropical and tropical fishes that do not need to prevent freezing, their biological functions have been hypothesized to bind to lipids or ligands other than ices because of the similarity of helix bundle to some apolipoproteins (Apos)
Soudabeh Ghalamara et al., "Structural diversity of marine anti-freezing proteins, properties and potential applications: a review" Bioresources and Bioprocessing volume 9, Article number: 5 (2022)
انها نفس فكرة الانزيمات متعددة الوظائف promiscuous التى تحدثنا عنها سابقا و فيها يكون الانزيم موجود من البداية قبل كل القصص التى ينسجها التطوريون عن الضغط الانتخابى و له وظائف اضافية موجودة مسبقا فلما تبدأ العمل فى الظروف المناسبة يزعم التطوريون أنه "طورها" و هى موجودة من الأصل
Ice shaping is most likely not the primary role of any IBP but a byproduct of its adsorption to ice...[for example]bioinformatic and structural analyses have shown that the IBP activity is restricted to only 2% of a gigantic 1.5-MDa protein, which has the attributes of a repeats-in-toxin (RTX) protein adhesin.
Maya Bar Dolev et al., "Ice-Binding Proteins and Their Function" Annual Review of Biochemistry Volume 85, p.515-542 (2016)
أو كما عبر عالم الانزيمات التطورى الراحل دان تفيق: لكى تتطور الوظيفة يجب أن تكون موجودة ابتداءا
Once you have identified an enzyme that has some weak, promiscuous activity for your target reaction, it’s fairly clear that, if you have mutations at random, you can select and improve this activity by several orders of magnitude...What we lack is a hypothesis for the earlier stages, where you don’t have this spectrum of enzymatic activities, active sites and folds from which selection can identify starting points. Evolution has this catch-22: Nothing evolves unless it already exists.”
“Close to a miracle: Researchers are debating whether function or structure first appeared in primitive peptides" The American Society for Biochemistry and molecular biology Today 12, no. 9 (2013): 12–13
و سنرى عند مناقشة بعض الأمثلة التطورية أنهم يعترفون أن البروتين الأصلى الذى تطور منه مضاد التجمد كان يمتلك خاصية مضاد التجمد ابتداءا كما فى حالة SAS بل و فى حالة طية chymotrypsin التى أخذها نموذجهم جاهزة من جين التربسينوجين لم يتم استخدامها بل تمت خسارتها و مسح معظم الأجزاء المكونة لها! يعنى "التطور"لم يبنى طية بل أخذ واحدة جاهزة ثم خسرها مما ينفى بالكلية أنه صنع أى وظيفة مركبة أو معقدة مما نناقش التطورين فيه بل مجرد نموذج قليل المتطلبات الوظيفية اذ كل ما تتطلبه بضع أحماض امينية محبة/كارهة للماء تصنع نمطا قابلا للالتصاق بالبلورة الثلجية فى نمط مقابل لسطحها و بالنظر الى التنوع الكبير للأحماض الأمينية من حيث الشكل و الحجم و ألفة المياه فان هذه المتطلبات الوظيفية البسيطة يسهل انشاءها بتكرار رتيب لبعض الأحماض الأمينية
النتيجة الى الان: صفر الة جزيئية – صفر تطور طية بروتينية جديدة - صفر تحفيز/تسريع لتفاعلات حيوية من التى تقوم بها الانزيمات – صفر موقع ارتباط معقد – الالتصاق سيد الموقف
و بالتالى اذا سلمنا جدلا بصحة ما يقولون (سننتقده لاحقا) و افترضنا أنهم أثبتوا نشأة البروتينات المضادة للتجمد بالطفرات العشوائية و الانتخاب الطبيعى دون أى تصميم فهذا لا يؤثر أصلا على حجتنا لأن متطلباتها الوظيفية قليلة جدا لدرجة اعتراف العلماء التطوريين أنفسهم بأنها حالة غير تقليدية atypical/unusual and simple بين البروتينات و بالتبعية لا يمكن اعتبارها دليلا على قدرة التطور على انشاء الانزيمات و التطويات البروتينية لأنها عادة ليست بهذه المتطلبات الهزيلة
The remarkable diversity of AFP types in fishes shows that a number of dissimilar proteins have adapted to the task of binding ice. This is atypical of protein evolution.
Peter L. Davies et al., "Structure and function of antifreeze proteins" Philosophical Transactions B - The Royal Society 2002 Jul 29; 357(1423): 927–935
These proteins have a very unusual and simple structure. They are made up of 4 to 55 repeats of just three amino acids, whereas most proteins contain all 20 different types of amino acids.
Sean B. Carroll, The Making of the Fittest: DNA and the Ultimate Forensic Record of Evolution p.25
بعبارة أخرى كل ما يقوله التطوريون أو سيقولوه فى المستقبل عن تطور هذه البروتينات ن هذا الجين أو ذاك فى الكائنات المختلفة التى تظهر فيها بلا سلف مشترك من البكتيريا الى الفطريات الى الطحالب الى أنواع الأسماك المختلفة لا يمثل معلومة معقدة ابتداءا بل pattern نمط رتيب مقابل لنمط البلورة الرتيب لدرجة أنه قد لا يحتاج فى بعض الحالات الى طية/شكل ثلاثى الأبعاد أصلا و فى حال وجودها فهى أصلا طية انزيمية متعددة الوظائف موجودة فى الكائن من البداية قبل كل قصص الضغط الانتخابى و بناءا عليه فحتى اذا سلمنا تنزلا للمخالف بأن هذه البروتينات نتيجة طفرات و انتخاب طبيعى فهو نموذج لا يعدو كونه أخذ طيات موجودة و بروتينات موجودة و وظائف موجودة بالفعل و تحسين احداها على حساب الأخرى fitness cost
الى هنا من الممكن أن نكتفى من الرد لكن دعنا ننظر الى بعض أمثلتهم لنرى طريقة تفكيرهم و هل فعلا ما يقدموه من أدلة تغنى عن القول بتصميم هذه البروتينات حتى على بساطة متطلباتها الوظيفية أم لا فبساطة المتطلبات الوظيفية للشئ لا تعنى بالضرورة كونه غير مصمم حتى و ان لم تكن له علاقة بحجة الطيات البروتينية أو مواقع الارتباط المعقدة.
ما هى الأدلة التى قدموها على تطور هذه البروتينات؟
من أكبر المشاكل فى نظرية التطور أنها تتعامل مع سردياتها التاريخية و فرضياتها بطريقة واثقة و كأنها اثباتات واكتشافات فتجد مصطلحات رنانة من طراز "العلماء أثبتوا" أو "اكتشفوا" أو "وجدوا" يتم اطلاقها على محض فرضيات و تفسيرات تم اكسابها قوة وهمية بفرضيات أخرى من طراز "لا يمكن فهم هذا الا فى ضوء التطور" و "لا يمكن لمصمم أن يفعل ذلك"...الخ
ما هو الدليل القوى الذى تقدمه نظرية التطور على تطور هذه الجينات من جينات أخرى؟ انه التشابه homology الزعم الذى لا تملك نظرية التطور سواه و تطبقه على أشياء كثيرة لتوحى لك بكثرة "الأدلة". ان كان التشابه فى أجزاء وظيفية فهو طبعا دليل على السلف المشترك مع تجاهل تام لأن الوظيفية بمفردها سبب كافى للتشابه من منظور التصميم و طبعا لو كان التشابه فى أجزاء تعتبر غير وظيفية أو غير مشفرة فهنا يطير التطورى فرحا مؤكدا أنه شئ لا يمكن تفسيره فى ضوء التصميم متجاهلا الكثير من الحالات التى ثبت فيها أن ما كان يعتقد كونه غير وظيفى اتضحت أهميته لاحقا لأسباب تنظيمية أو بيوكيميائية مختلفة. لكن دعنا نساير التطوريين حتى النهاية فى النموذج الذى قدموه فما الذى قالوه لنا عن "تطور" جين المضاد من جين اخر؟
Liangbiao Chen et al., "Evolution of antifreeze glycoprotein gene from a trypsinogen gene in Antarctic notothenioid fish" PNAS Vol. 94 | No. 8, 3811-3816 (April 15, 1997)
لديك جين جاهز trypsinogen تم مسح معظم أجزاءه من الاكسون 2 الى الانترون 5! تقريبا 4 من أصل 6 قطع من البروتين الأصلى تم مسحها ثم بعد ذلك ثلاثة أحماض أمينية كانت موجودة تم اعادة نسخها عدة مرات عن طريق الخطأ – هذا هو التطور الذى صدعوا رأسنا به! تخيل شخصا يريد أن يثبت لك أن أخطاء فى قرع الأزرار على لوحة المفاتيح قادرة على انتاج فقرات و مقالات ذات معنى ثم المثال الذى يأتى لك به عبارة عن فقرة من مقال موجودة مسبقا مسح معظم ما فيها من كلمات و تم تكرار بضعة كلمات مرارا و تكرارا
لديك جين جاهز و تم تكرار بضعة كلمات مرارا و تكرارا مرارا و تكرارا مرارا و تكرارا مرارا و تكرارا
هل ترى الفارق بين الجملة السابقة و الفقرة التى قبلها؟ هذا بالنسبة لهم تطور! طبعا هناك مناقشة مستقلة عن هل حدث هذا فعلا أم لا و ان كان حدث فهل بأخطاء نسخ لاغائية أم لا و لكن حتى لو فرضنا جدلا من باب التنزل مع المخالف أنه حدث بأخطاء النسخ ما علاقة هذا بانتاج الطيات البروتينية و الوظائف المعقدة التى تحتاج الى بناء لا الى مسح – الى معلومات لا الى تكرار؟ طبعا أخطاء النسخ و هى تمسح الجين مسحت بدقة حتى تحافظ على اشارة الافراز و هى تسلسل يعمل كعنوان تتعرف عليه الة جزيئية مسئولة عن النقل تسمى signal recognition particle/SRP عند خروجه من الرايبوسوم (الة الترجمة) فتنقل البروتين الوليد الى شبكة الممرات الداخلية للخلية Endoplasmic Reticulum حيث يدخلها عبر بوابات/قنوات بروتينية متخصصة و و فى الداخل يأتى بروتين متخصص signal peptidase ليزيل اشارة النقل بعد أن أتمت مهمتها ليواصل البروتين رحلته عبر الممرات ليتم نقله الى جهاز جولجى حيث تتم تعبئته فى حويصلات تمهيدا لشجنه الى خارج الخلية (قبل هذه المرحلة قد يخضع الى تعديلات اضافية أثناء الرحلة فمثلا مضاد التجمد هنا بروتين سكرى glycoprotein فتضيف اليه انزيمات متخصصة جزيئات السكر).
"Essentials of Glycobiology, 4th edition" (2022) Chapter 9 Fig. 9.4
كل هذه المراحل و الخطوات و الاليات نشأت بأخطاء النسخ و الدليل هو قدرة أخطاء النسخ العظيمة على انتاج بروتينات جديدة بمسح أجزاء من بروتينات موجودة مسبقا كما نرى فى هذا المثال العظيم لتطور البروتينات المضادة للتجمد! و بعيدا عن كون هذا مثال هدم لا بناء و لا يدل على أى قدرات بنائية للتطور فما الذى يدفع التطوريين أصلا لوضع هذا السيناريو؟ ما هو الدليل على كل هذا؟ انه التشابه homology و ان كنت لا تريد أن تقرأ مقالات مطولة فى نقد هذا الاستدلال فيكفيك أن تنظر فى أدبيات تطور الجينات المضادة للتجمد ذاتها (و غيرها من البروتينات) لتدرك أنهم هم أنفسهم عندما ينظرون فى الجينوم و لا يجدوا جينا اخر شبيه ليزعموا أنه تطور منه يقولون لابد أن التطور أنشأه من الصفر de novo بل ان نفس الدورية التى نشر فيها بحث Cheng et al و فى نفس العدد نشر بحث اخر لنفس الفريق عن جين مضاد تجمد اخر فى نوع اخر من الأسماك بنفس تركيبة الأحماض الأمينية Thr-Ala-Ala و لكنه نشأ هذه المرة من الصفر من بعض التسلسلات الغير مشفرة/الخردة ليجئ فريق اخر بعدها بعشرين عاما فى 2017 بتكنولوجيا أحدث لقراءة الجينوم ليؤكد نفس الفرضية و الدليل فى المرتين أنهم لم يجدوا جينا يشبهه فى جينوم النوع. سنستعرض هذا النموذج فى قسم اخر من المقال و لكن ما يعنينا الان هو توضيح أن القضية ليست فقط أن التشابه الجينى لدينا ليس بدليل و لديهم دليل بل القضية هى أنه لديهم مجرد وجود الشئ هو الدليل على تطوره و بعدها سيبحثون عن أقرب شئ يخترعون منه قصة ما - ابحث عن أى شئ فى الحمض النووى يشبهه أو يشبه جزءا منه حتى لو لم يكن جينا! النتيجة هى أنه لا يمكنك الاستدلال بهذه البروتينات على أى نوع من أنواع القدرة البنائية للتطور لأنها عملية مسح ولا يمكنك الاستدلال بها على الأسلاف المشتركة على مستوى التصنيفات العليا و لا حتى أسلاف مشتركة للأسماك فقط فالتيمة الغنية بالألانين alanine-rich نشأت 4 مرات بشكل مستقل فى أسماك القطب الشمالى بلا سلف مشترك و مرة فى الجنوبى – هذا غير نشأة هذه البروتينات فى أنواع أخرى
This variety of AFP sequences and structures indicates that they have developed separately in many biological kingdoms. Evolutionary survival pressure in ice-laden niches has led to virtually equal development of AFGPs in two groups of fish (cods and notothenids) from the northern and southern hemispheres, respectively (Chen et al. 1997). In fact, in northern hemisphere fish, the alanine-rich single α-helix (type I AFP) has evolved four times independently (Graham et al. 2013).
Soudabeh Ghalamara et al., "Structural diversity of marine anti-freezing proteins, properties and potential applications: a review" Bioresources and Bioprocessing volume 9, Article number: 5 (2022)
طبعا نحن نقول هذا الكلام تنزلا أصلا فطريقة التطوريين التى تعتبر العثور على شئ مرتين بلا سلف مشترك دليلا على أن التطور أنتجه مرتين بلا سلف مشترك و من ثم تسمية الظاهرة تطور متقارب و التظاهر بأن هذه عملية بيولوجية و ليست سيناريوهات تفسيرية أمر لا نقره أصلا لكن النتيجة هى أنه وفقا لكل سيناريوهات المخالف المتفائلة نحن أمام ظاهرة تافهة من منظور التعقيد الوظيفى المحدد و نذكر هنا بأن أسلوب التلاعب التطورى المتعلق باستخدام شماعة الانتخاب الطبيعى لتبرير نشأة الأشياء كثيرا بلا سلف مشترك بلا معنى فالانتخاب لن يؤثر على احتمال حدوث الطفرة فاما أنه فعلا شئ سهل الحدوث بلا متطلبات معقدة و الا لن ينشأ أصلا ليختاره الانتخاب
لننظر الى مثال اخر: هذه المرة كلام كبير عن اكتشاف نموذج عملى لالية تطورية تسمى Escape from Adaptive Conflict (EAC) و مصطلحات رنانة من التى تعشق نظرية التطور استحدامها للايحاء بقوتها التفسيرية أمام العوام من طراز استحداث الوظائف neofunctionalization و تحقق تنبؤات هذا النموذج و منطقيته و أناقته elegantly logical و وسامته...الخ و هذه الالية قد طورت نسخة من جين SAS الى بروتين مضاد التجمد
Cheng Deng et al., "Evolution of an antifreeze protein by neofunctionalization under escape from adaptive conflict" PNAS December 14, 2010 vol. 107 no. 50 p.21593–21598
حسنا ما هى هذه الالية التطورية و كيف صنعت الجين و استحدثت له وظائف؟ مفاجأة: الالية التطورية هى أن الجين كان يمتلك هذه الوظائف المتعددة من البداية bifunctional ثم قام التطور بمسح الجزء المتخصص فى احدى الوظيفتين من نسخة من النسخ لتتفرغ لمهمة واحدة فقط و تتخصص فيها و تؤديها بشكل أفضل! هذا هو التطور الذى من المفترض أن يفسر نشأة البروتينات و الوظائف من الصفر يعمل بأخذ وظائف جاهزة و مسح جزء من جيناتها. انها نفس فكرة الانزيمات متعددة الوظائف promiscuous من جديد و تكلفة المواءمة لتحسين وظيفة موجودة بالفعل على حساب وظيفة أخرى موجودة بالفعل fitness cost و التى ناقشناها مسبقا عند الحديث عن بعض الأمثلة المخادعة الأخرى مثل النايلونيز
widespread observations of gene sharing and promiscuous function of many enzymes have raised considerable interest in the EAC model…strong evidence that would fulfill the predictions of the EAC model. EAC predicts that (i) the ancestor is bifunctional…C-terminal domain (69-residue E6 peptide), which is homologous to mature AFPIII…ice-binding activity is an intrinsic property of the SAS C-terminal domain…LdSAS-B clearly possesses two activities—the original SAS function and a minor ice-binding activity in its C-terminal domain…we provided strong and comprehensive molecular and functional evidence for a clear example of EAC-compelled duplication of a bifunctional ancestral gene and additionally, acceleration of conflict resolution through intragenic domain deletion in one duplicate and its neofunctionalization into a protein of distinctive function.
طبعا قولهم أن ما قدموه أدلة قوية و شاملة strong and comprehensive على تطور مضاد التجمد من نسخة SAS و أن ما حدث كان "مدفوعا" باليتهم المذكورة سنتعرض له بالنقد لاحقا لكن ما نوضحه هنا هو أنه على التسليم بكل ما قالوه تنزلا فكل ما حدث هو أخذ جين متعدد الوظائف و مسح وظيفة منهما لتحسين الأخرى! خمس اكسونات ممسوحة من البروتين الأصلى و نعم "التطور”! و طبعا بالنسبة للجزء المتبقى فما كان من تشابهات فمن السلف المشترك و ما كان من اختلافات فطفرات أنتجها التطور و يا حبذا لو كانت مفيدة وظيفيا فهو دليل على أنها من صنع الانتخاب الطبيعى فكما نعلم جميعا لا يمكن لمصمم أن يعدل الأجزاء وفقا للوظائف فقط الانتخاب الطبيعى هو من يفعل ذلك!
طيب على الأقل التطور أنتج لنا اشارة الافراز التى تجعل المضاد يفرز فى الدم بدلا من أن يفرز داخل الخلية مثل انزيم SAS الذى تطور منه. الورقة تؤكد لنا أن هذا ابتكار تطورى evolutionary innovation و نحن و ان كنا نناقشهم فى الطيات البروتينية التى قام التطور بمسحها فى النموذجين فعلى الأقل سنسلم لهم هنا بقدرة التطور على فعل شئ ما ذو قيمة كبيرة حتى و ان لم تكن كقيمة الطية أليس كذلك؟ يؤسفنى أن أقول لا – لماذا؟ كيف حدث الابتكار التطورى المزعوم؟ حدث بأن اشارة الافراز كانت موجودة بالفعل فى تسلسل SAS و المنطقة التى تسبقه “بشكل ملائم” appropriately located شوف الصدف!
The emerging AFPIII would require a signal peptide for extracellular export of the mature protein. We discovered a precursor signal peptide coding sequence appropriately located in the extant LdSAS-B, starting from 54 nt upstream of the translation start site through the first six codons of LdSAS-B E1. An intragenic deletion from the seventh codon of E1 through E5 of LdSAS-B and linkage of the new E1, the old I5, and E6 would complete the formation of the nascent two-exon AFPIII gene encoding the secretory antifreeze protein…The capacity to code for a functional signal peptide (SP), in fact, existed in the precursor sequence in LdSAS-B…Thus, the evolution of Antarctic eelpout AFPIII has entailed tapping into two inconspicuous functionalities in the same cytoplasmic ancestor and remarkably, transforming them into a quintessential lifesaving antifreeze function.
طبعا مسألة أن التطور قد قام بقطع الجين بدقة عند الكودون السابع من الاكسون الأول حتى يأخذ اشارة الافراز دون أن يتلفها و أنه قام بتجنيد recruit وظائف مخبأة hidden و غيرها من قنابل الدخان و أساليب التمويه التطورية التى تمتلئ بها الورقة ناهيك عن اصرار الورقة أكثر من مرة على استخدام كلمة accidental بالصدفة لوصف وجود الوظائف الاضافية أمور سنتعرض لها بالنقد لاحقا لكن ما يعنينا الان هو أن التطور لم يصنع لنا جديدا بالطريقة التى يحاول التطورى أن يوحى بها اليك بل أخذ ما هو موجود و مسح منه و بالتبعية كسابقه لا يمكن الاستدلال بالقصة التطورية على القدرة على انشاء بروتينات جديدةا! هذا طبعا على التسليم جدلا بالسيناريو الذى يقولوه و الذى لم يثبتوه أصلا بل بنوه بالكلية على مزاعم التشابه homology كالمرة السابقة!
السؤال الأهم هو ما الداعى لقصة التطور أصلا؟ هل ما أمامنا لا يمكن تفسيره بالتصميم؟ بل هو التفسير الأفضل حتى مع قلة المتطلبات الوظيفية. هل تشابه الأجزاء لا يمكن تفسيره بتشابه الوظائف المطلوبة من هذه الأجزاء و اعادة استخدام الأجزاء كما نرى فى الكثير مما حولنا من التصميمات و الاختراعات. ان الكثير من الأبحاث اليوم و منها بعض المذكورة بالأعلى تدرس امكان اعادة استخدام مضادات التجمد هذه لحفظ الأطعمة و الأعضاء و الأنسجة و الخلايا فهل سيخرج علينا التطوريون منكرين أننا نحن بأنفسنا نقوم باعادة الاستخدام لأسباب وظيفية لا علاقة لها بالسلف المشترك و التطور و يواصلوا ترديد أسئلتهم الاستنكارية من طراز "لماذا صنعها المصمم بهذه الطريقة؟ هل يخدعنا ليوحى لنا بالتطور؟"! هل لو جئنا بنسيج من أحد هذه الأعضاء المجمدة و أعطيناه لعالم تطورى ليحلل مكوناته دون أن نخبره بمصدره سيرى بوجود سلف مشترك بين الأعضاء البشرية و الأسماك القطبية؟ أو ربما سيضع فرضية أن قبائل الاسكيمو طورت بروتينات مضادة للتجمد تقاربيا مع الأسماك و يعلن اعلانا مدويا عن حدوث انتواع جديد فى قلب الجنس البشرى و يحصل على نوبل بسبب هذا الاكتشاف؟ المدهش أن التطورى دائما يسمى رفض التصميم و الوظيفية كتفسير لتشابه المكونات علما بينما قبوله فلسفة و هذا شئ مضحك فكلاهما تفسير عقلى للدليل العلمى و لكن أحدهما قائم على انكار مبدئى للتصميم بدون أى مبرر علمى بل بعكس ما هو مشاهد من مخرجات العلم! بل ان أحدهم و هو يرشح استخدام بعض هذه المضادات فى التطبيقات الصناعية قال أن "أمنا الطبيعة ترجح استخدام هذه البروتينات" و لا أعرف أين هو العلم فى مثل هذه الجملة. هذه عقيدة شامانية و ليست علما و لا حتى استنتاجا عقليا
Mother nature has suggested the use of RD3 and an IBP from Vostok glacial bacterium
Kim HJ. et al. (2017) Marine antifreeze proteins: Structure, function, and application to cryopreservation as a potential cryoprotectant. Mar Drugs 15:27.
فى الحالة الأولى دليلهم على تطور مضاد التجمد من جين التربسينوجين هو كالعادة التشابهات فقد عثروا على عدة مناطق تشابه بين جين تربسينوجين trypsinogen و جين البروتين المضاد للتجمد يمكن استخدامها كأدلة منها مثلا منطقة تشفر لاشارة الافراز من البنكرياس secretory signal و أخرى تشفر لفاصل intron وثالثة تشفر لمنطقة نهاية جين البروتين مضاد التجمد. لاحظ أن التطورى يمارس أقصى درجات الاختزال و هو يستدل هذا الاستدلال فهو يريد أن يقفز فوق فكرة وجود عمليات تنظيمية و اشارات افراز و مناطق تقطيع cleavage sites لتقطيع و توصيل أجزاء البروتينات و اشاراتها التنظيمية لانتاج المنتج النهائى ليقول لك هذا يشبه هذا اذن لا يوجد تصميم وفقا لمقارنات الحمض النووى! من مشاكل مقارنات الحمض النووى Alignment الاعتماد على الفرضيات التطورية ابتداءا فاذا كانت تسلسلات الحمض النووى المقارنة (فى حالتنا هذه جين مضاد التجمد و جين التربسينوجين) غير متساوية فى الحجم فان التطورى يقارن الأجزاء المتشابهة و يترك الأخرى و هو ما ينتقده بعض التطوريون أنفسهم
Sequence alignment is often given relatively little consideration in phylogenetic studies, and is typically treated as a component of data preparation rather than a part of phylogenetic inference itself. While the sequences themselves are observations about the world (barring errors in sequencing, assembly, or annotation), the alignment is a hypothesis about homology rather than an error-free observation...we can rarely assign homology across sites with certainty. Alternative alignments of the same sequences can lead to different estimates of the phylogeny, substitution rates, and branch lengths
Lindell Bromham et al., “Bayesian molecular dating: opening up the black box” Biological Reviews (2018), 93, pp. 1165–1191
Sequence alignment, while not often discussed in detail, is, however, of great importance because it involves the sets of assumptions in the analysis that precede the application of any phylogenetic algorithm to the data. The methodological problem is that not all presumed homologous (orthologous) sequences, say from start codon A to stop codon B, are the same length in all taxa. Consequently, one must subdivide shorter sequences into segments that one thinks are homologous with segments of longer sequences. But assumptions underlie the subdivision of shorter sequences into segments that appear to align with portions of longer sequences...The assumptions one makes affect the way in which one aligns segments of shorter sequences with presumed counterparts (orthologues) of longer sequences. For instance, Marks (2003) demonstrated how one could align in three totally different ways a nucleotide sequence from an orangutan with a shorter, presumably orthologous sequence from a human. Although a comparative study of nucleotide sequences cannot begin without first aligning them, rarely is the reader informed of the criteria underlying the alignment.
Jeffrey H. Schwartz and Bruno Maresca “Do Molecular Clocks Run at All? A Critique of Molecular Systematics” Biological Theory 1(4) 2006, 357–371 (October 26, 2006)
طبعا ستلاحظ أن التطورى الذى يتطرق الى هذه المسائل يحاول الايحاء بأن المشكلة تكمن فقط فى تساؤلات فرعية مثل ربما لم يحدث ادخال فى الخلف بل حدث حذف فى السلف و كأن المشكلة هى أى سيناريو من السيناريوهات التطورية سنختار بينما المشكلة أصلا فى مدى مصداقية هذه السيناريوهات ابتداءا و كمية الفرضيات التى تقوم عليها و فى كون هذه المقارنات تعطى انطباعا زائفا لدى القارئ بنسة تشابه عالية بشكل مصطنع. مثلا فى حالتنا هذه التطورى يقول لنا أن تشابه الانترونات بنسبة 93% لأنه قارن الأجزاء المتشابهة و تجاهل أن أحدهما طوله 238 نيوكليوتيدة و الثانى 1879 يعنى فرق الحجم بمفرده كفيل بجعل نسبة الفرق 87% و التشابه 13% و هذا قبل حساب ال 7% فرق طفرات و صادر على هذا بتفسيرات مثل "حدثت عملية ادخال كبيرة فى الانترون القديم" أو "ربما كانت فى جين تربسينوجين قديم غير الموجود الان" حتى يقارن الأجزاء التى سيتمكن من اخراج التشابه منها فقط! سنتظاهر بأننا مقتنعون بهذا الأسلوب لكن: دعنا نقرأ هذا الاقتباس معا
The AFGP 8 polyprotein contains 46 copies, the highest peptide copy number known so far. Second, most of the bioactive peptide domains in the known polyproteins are flanked by pairs of basic amino acids (Lys-Arg, Lys-Lys, or Arg-Arg), suggesting that trypsin- like proteases are involved in the cleavage reaction. Of the 45 3-residue spacers in the AFGP 8 polyprotein, 43 are Leu/Phe-Xaa-Phe, and 2 are Cys-Asn-Phe, suggesting that a chymotrypsin-like protease is the cleavage enzyme. Presumably, a carboxypeptidase-like protease can remove the remaining single (Leu or Phe) or two (Cys-Asn) residues to produce the mature AFGP peptides.
K. Hsiao et al, “An Antifreeze Glycopeptide Gene from the Antarctic Cod Notothenia coriiceps neglecta Encodes a Polyprotein of High Peptide Copy Number,” Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 87:9265–9269 (Dec., 1990).
هذا المضاد polyprotein أى سلسلة طويلة يتم تقطيعها لاحقا بعد الانتاج الى أجزاء و اشارت التقطيع الموجودة فى السلسلة هى ذات الأحماض الأمينية التى تستهدفها طية الكيموتربسين (التى يحملها بروتين التريبسين المنتج من جين التربسينوجين) مما يرجح بشدة أن التربسين هو الذى يقوم بقطع سلاسل مضاد التجمد و تحويلها الى القطع الوظيفية التى ستتعامل مع احاد بلورات الثلج (مثلا لديك سلسلة فيها 46 تكرار يفصلهم 45 فاصل spacer و يمكنك القطع عند أى فاصل لانتاج سلسلة بالطول المطلوب و لا تنسى أن منظومة الفواصل و التقطيع هذه طبعا من انتاج أخطاء النسخ) نضيف الى هذا أيضا أن مضاد التجمد يجب أن يفرز فى العصارات الهضمية مع التربسين الهاضم ليمنع تجمد السوائل – بعبارة أخرى هذان البروتينان يعملان معا فى ارتباط وثيق مما يطرح عدة أسئلة بديهية: اشارة الافراز المتشابهة لا تحمل أى تفسير سوى أنها موروثة من سلف مشترك و لا علاقة لها بالحاجة الى افراز مضاد التجمد فى العصارة الهضمية مع التربسين؟ تشابه الانترونات بين البروتينات لا علاقة له بأن الانترونات ثبت أنها تحمل تعليمات تنظيمية و اشارات التقطيع و اعادة التوصيل splice sites؟ منطقة النهاية 3’UTR المتشابهة لا يمكن تفسيرها بالتصميم فى ضوء أنها تحمل تعليمات للخلية لكيفية التعامل مع الرنا و تعليمات تنظم عمل البروتينات و تفاعلها معا Protein-Protein Interactions (PPIs) خاصة و أن جينات مضادات التجمد أصلا تعمل مع التربسين لأنه هو الذى يقوم بتقطيعها الى أجزاء؟
Dawon Hong and Sunjoo Jeong "3’UTR Diversity: Expanding Repertoire of RNA Alterations in Human mRNAs" Molecules and Cells Volume 46, Issue 1, January 2023, Pages 48-56
Christine Mayr "What Are 3′ UTRs Doing?" Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2019 Oct; 11(10):a034728
المدهش أن الدراسة نفسها فى ختامها تعترف بالتوازى الوظيفى بين مضادات التجمد و الانزيمات الهضمية فى البنكرياس و تعتبر ذلك مبرر منطقى logical ليقوم التطور بتحويل هذا الجين الى ذاك و كأن أخطاء النسخ تفهم المنطق لتنتقى أين ستضرب و كيف لتصنع شيئا مفيدا ليستبقيه الانتخاب الطبيعى
The intestinal fluids of Antarctic notothenioids are known to contain high concentration of AFGPs which serve to inhibit the growth of ice crystals that inevitably enter through food and seawater ingestion. Conversion of an existing pancreatic enzyme gene into AFGP gene and expressing it in the pancreas is both positionally and temporally logical as AFGPs thus could reach the digestive tract, simultaneously with pancreatic enzymes, to prevent the intestinal fluid from freezing while the enzymes perform digestive functions...It is possible that the notothenioid AFGP gene evolved and became expressed in the pancreas first to protect the intestinal fluid, as it was readily susceptible to freezing through daily intake of ice-associated food or seawater, and later, the expression extended to the liver
Liangbiao Chen et al., "Evolution of antifreeze glycoprotein gene from a trypsinogen gene in Antarctic notothenioid fish" PNAS Vol. 94 | No. 8, 3811-3816 (April 15, 1997)
احذف القصة التطورية لتدرك أن ذلك اعتراف ضمنى بأن التشابه يفسره تشابه الوظيفة!
و لأن حجر البناء الأساسى لمضاد التجمد هو تكرار ثلاث أحماض أمينية Thr-Ala/Pro-Ala (9 نيوكليوتيدات) اذن فوجودهم فى جين التربسينوجين دليل اضافى برغم مدى هزلية و ضالة هذا التشابه و سهولة تفسيره وظيفيا وفقا لفرضيتهم قام التطور لاحقا بتكرار نسخ هذه النيوكليوتيدات 41 مرة لصناعة الجين الجديد بعد وضع cleavage sites/spacers الفواصل/مناطق التقطيع. لكن لحظة واحدة! ثلاثية الأحماض الأمينية التى تعمل كفواصل غير موجودة فى جين التربسينوجين مثل زميلتها؟ التشابه homology الدليل الأثير و الحاسم غير موجود! لا يهم – سنخترع قصة ما عن وجودها فى جين قديم سلف أو اكتسابها و دمجها فى الجين فى مرحلة مبكرة حتى لا تفوتها المشاركة فى مرحلة النسخ المتكرر المجيدة واضعة فواصل التقطيع المطلوبة – ياللحظ الحسن. يا أخى كم هى رائعة أخطاء النسخ الصدفوية: تضع القطع فى مكانها و فواصل التقطيع فى مكانها حتى يخرج لنا شكل وظيفى صالح ليختاره الانتخاب الطبيعى (و لا تنسى طبعا المسح من بعد عدد النيوكليوتيدات الصحيح فى الاكسون الثانى بدون زيادة أو نقصان حتى لا تتلف اشارة الادخال)...لابد أن كل هذه أخطاء نسخ تصادف أن تكون مفيدة و لا يمكن أن تكون تصميم غائى أبدا
It could be a preexisting element that adjoined the Thr-Ala-Ala coding element in the recruited ancestral trypsinogen gene, or was acquired through recombinatory events early in the duplications of the Thr-Ala-Ala coding element. The two parts then could have subsequently amplified together to give rise to the extant polyprotein gene structure…The trypsinogen progenitor was lost once it was converted into the first AFGP gene, and the apparent absence of spacer-like sequence or extra intron 1 sequence in extant trypsinogen genes thus does not preclude the possibility that they might be present in the trypsinogen progenitor before its transformation into an AFGP gene.
يعنى الثلاثة أحماض أمينية الموجودة دليل على التطور و الثلاثة الغير موجودة لا تنفى التطور. باختصار لن نعجز عن تأليف قصة سواءا وجدنا تشابها أم لم نجد فان وجدنا تشابها فهو من السلف المشترك و ان وجدنا اختلافا فهو من التطور: أى جزء من الجين القديم غير موجود بالتأكيد خضع للحذف و أى جزء موجود ليس من الجين القديم خضع للادخال و كل هذه العمليات طبعا أدت الى ظهور أطر قراءة جديدة frameshift و بالتالى تشفيرات جديدة و اياك أن تتخيل أن وجود كودون/اشارة توقف فى نهاية البروتين سببه وظيفى بل لأن عمليات التكرار و الحذف و الادخال المحظوظة قد ضبطت اطار القراءة على وجود كودون التوقف فى المكان المناسب! نفس الشئ يتكرر فى ورقة EAC فبمجرد أن نجد اختلافا كبيرا فى التسلسل نعزوه لتسارع وتيرة التطور برغم أن التشابه أصلا هو دليلنا
Accelerated adaptive changes subsequently occurred in the nascent AFPIII gene, indicated by nearly two-thirds of the residues in AFPIII experiencing positive Darwinian selection (Table 1); this resulted in rapid optimization to a full-activity AFP capable of preventing freezing of the fish body fluids.
Cheng Deng et al., "Evolution of an antifreeze protein by neofunctionalization under escape from adaptive conflict" November 29, 2010, PNAS Vol. 107 (50) 21593-21598
طبعا لا ننسى أن وجود تسلسلات طويلة عن طريق تكرار نسخ ثلاثية الأحماض الأمينية عدة مرات طبعا سببه أخطاء النسخ replication slippage وليس لا سمح الله لأن السطح الكبير يرتبط ببلورة الثلج بشكل أفضل فالخطأ يجب أن يكون حدث ثم اتضح أنه وظيفى حتى لو أغنى اكتشاف الوظيفية عن اعتباره خطأ! كذلك وجود نسخ مكررة من بروتينات التجمد القصيرة لابد أنه خطأ تكرار أو حلقة انتقالية نحو الكبيرة فكل هذا حدث بأخطاء نسخ تصادف أن اتضح أنها وظيفية. البروتينات الكبيرة تقوم بالوظيفة أفضل من الصغيرة و مع ذلك ينتج الكائن أكثر من الصغيرة – ما هذا الاهدار؟ ألم أقل لك يا عزيزى أن التطور عملية لاغائية تنتج تصميمات سيئة. لابد أن كثرة الصغير أثر تطورى من أيام ما كانت الأسماك تعتمد عليه حصريا قبل تطور الكبير و الكبير وافد حديث على الكائن لذا لم يتزايد استخدامه على حساب الصغير بعد. أرأيت أنه لا شئ فى البيولوجيا يمكن فهمه الا فى ضوء التطور؟
هكذا يمكن أن يعطيك التطورى قصة تطورية لتنوع البروتينات تبدو منطقية فى ضوء التطور برغم من أبحاث التطوريين ذاتها اعترفت بأن كلا النوعين من التكرار القصير و الطويل و كذلك وجود نسخ متعددة من هذه الجينات "استراتيجيات" للتعامل مع البلورات الثلجية بفعالية و لايصال المضادات للكثير من الأماكن الصعبة التى تنتشر اليها البروتينات الصغيرة بشكل أفضل و لدى كل العقلاء فالاستراتيجية توضع من قبل عقل و فكر لتحقيق هدف الا فى التطور فالأمور ترقيعات فوضوية قليلة الكفاءة لأنها من صنع التطور و عندما يتضح العكس نقول أن التطور طور استراتيجية والاستراتيجية معناها شئ حدث بخطأ نسخ صدفوى تصادف أن كان مفيدا فاستمر و أصبح استراتيجية
ice-binding by IBPs is a diffusion-controlled reaction, with the rate-limiting phase being the IBP coming into contact with the ice and making an effective bonding connection. For the latter to occur, enough ice-like waters on the IBP's IBS must merge with and freeze to the quasi-liquid layer surrounding ice. Two strategies have been used to increase the number of ice-like waters. The one is to increase the surface area of the IBS; the other is to connect a number of IBSs that can bind ice at the same time. The former strategy manifests in nature in natural isoforms with extra sequence repeats that increase the surface area of the IBS
Soudabeh Ghalamara et al., "Structural diversity of marine anti-freezing proteins, properties and potential applications: a review" Bioresources and Bioprocessing volume 9, Article number: 5 (2022)
Protein Size Effects on Thermal Hysteresis[TH] Activity
...occupied more ice surface area, in addition to projecting farther above the surface and being harder to overgrow. A mathematical form of this argument is part of the kinetic pinning theory of Sander & Tkachenko that found a correlation between the size and shape of AFPs to the TH. These explanations are consistent with the results obtained with fusion proteins and with AFP variants that have expanded IBSs...a larger IBS could be more efficient at binding ice and could increase the likelihood of a quorum of ice-like waters being available to merge with the quasi-liquid layer on ice and to hold the protein there long enough for the underlying quasi-liquid layer to turn into ice.
One of the frequent observations in organisms that produce IBPs for freeze avoidance is the production of large isoforms in small quantities and small isoforms in large quantities. In terms of maximizing activity while minimizing metabolic cost, it would seem to be more efficient to produce additional quantities of the more active large isoforms rather than large amounts of the much less active small ones. It is possible than the small isoforms can better access some areas of the body (like the bladder by passage through the kidney) or perhaps they diffuse faster than the large AFPs to the surface of a nascent ice crystal.
Maya Bar Dolev et al., "Ice-Binding Proteins and Their Function" Annual Review of Biochemistry Volume 85, p.515-542 (2016)
أضف الى ذلك أن حجم البروتين من العوامل المؤثرة على مدى لزوجة الدم viscosity
Késmárky G et al., (2008) Plasma viscosity: A forgotten variable. Clin Hemorheol Microcirc 39:243–46
و بالتبعية فوجود تنوعات حجمية بين هذه البروتينات "استراتيجية" لادارة لزوجة الدم و التى كما سنرى فى المبحث الأخير من المقال عامل مهم جدا يتطلب مواءمات متعددة. طبعا التطورى لا علاقة له بكل هذه الخصائص الوظيفية و استراتيجيات التكيف المصممة بل بالنسبة له تبدأ القصة و تنتهى بأنها نسخ تكررت بالخطأ فأصبحت مفيدة و القليل منها ظهر فى الطريق الى الكثير. هل رأيت لدينا الان قصة لطيفة نعتبرها حقيقة و دليل على عدم وجود تصميم و من المفترض أن نقتنع أن قدرتها التفسيرية أعلى من القدرة التفسيرية لتصميم الجين.
لاحظ هنا أن ضعف القوة التفسيرية للتطور ليس ناتجا فقط من تجاهل الأسباب الوظيفية الواضحة للتشابه و اعتباره دليل مباشر على السلف المشترك بل أيضا من أن النظرية تعتبر السلف المشترك مبررا كافيا لافتراض أن الية تحويل السلف الى الشكل الحالى يجب أن تكون لاغائية و غير مصممة فسلسلة التغيرات المطلوبة من مسح أجزاء و اضافة أخرى و تكرار نسخ أخرى و ادخال فى الانترون يجب أن تكون من أخطاء نسخ عشوائية انتقى منها الانتخاب الطبيعى وفقا للتطور برغم من ثبوت امتلاء الجينوم باليات موجهة و مبرمجة لاحداث تغيرات تكيفية وفقا لتغير الضغوط البيئية. هذه الالية المزعومة ضعيفة القدرة بشكل لا يصدق و احتمالات انتاجها لما ينسب اليها شديدة الضالة خاصة فى ظل كون الكثير من هذه التغيرات غير نافع بمفرده بل و قد يكون ضارا لذا يحاول التطوريون عادة تجاهل تقييم امكان حدوث هذه السيناريوهات و كأن التشابهات دليل كافى على امكان جدوثها لكن عند عمل تقييم لها حتى من تطوريين اخرين تظهر مشاكل و طعونات كثيرة فى امكان حدوث السيناريو و خطواته و فى مدى منطقيته و اشتباهات فى ضرر الكثير من الخطوات ان حدثت و أن الفائدة المرجوة لا تحدث الا قرب نهاية السيناريو بعد حدوث معظم الخطوات
3.5. Duplication and Intragenic Amplification: The Case of an AFGP in Notonthenioids
Cheng et al. speculate that the ancestral protease gene was converted into the AFGP through a process that involved four major steps: a bulk deletion, intronic (de novo) recruitment, repeated internal amplification, and finally illegitimate recombination. However, this proposed mechanism is unlikely to have occurred for the following reasons:
i The authors readily acknowledge that the bulk deletion of four exons and four introns is not likely to be tolerated even in a redundant duplicate, as it results in an entirely nonfunctional copy. This would make it liable for complete disintegration by null mutations, and not for its apparently miraculous reincarnation as an entirely new gene.
ii The AFGP promoter elements at the 5′ flanking sequence upstream of exon 1 are believed to be different from those found in the trypsinogen gene. Both proteins are produced in different amounts and also expressed in a different manner. The proper function and behavior of the glycoprotein depends on changes made or added to the promoter sequences.
iii Intron 1 in Dm3l is 1908 bp long, whereas the corresponding one is 238 bp in the trypsinogen gene. There is no explanation provided for this eightfold difference in size, and the additional sequence's intronic information, other than a huge insertion (e.g., a retrotransposon, for which there is no trace) or a case of repeated intronic amplification.
iv The authors propose, implausibly, that the repeating TAA and TPA elements—hardly a unique sequence—could have been produced by successive polymerase replication slippage or unequal intragenic recombination dozens of times over. However, this process is both indiscriminate and inefficient, and there is no reason to suppose it would selectively and exactly repeat the 9-nt elements, with no resultant frameshift causing a premature termination. The positioning of the proline residues is important as far as protein stability and folding is concerned.
v There is no origin given for the inclusion of the important spacer sequence elements—LIF/LNF/FNF/LNL—other than an unsubstantiated and unfalsifiable claim that they could have been introduced through a yet unspecified “recombinatory event.” There is also a nonhomogenous pattern of repetition observed that is not exactly what one would expect from successive amplification.
A key problem associated with the Darwinian mechanism of evolution is that many of the putative incipient and intermediate stages in the development of a biological trait may not be useful themselves and may even be harmful. This is exactly the problem with Cheng's proposed conversion. The incipient stage consists of a bulk deletion that would be almost certainly selected against, despite it being in a gene copy, as the cistron's core information and any useful functional redundancy it may have offered, would have been entirely lost. The resultant protein would be liable to misfold anyway. It is also extremely problematic that the initial intronic recruitment and its subsequent amplification would have been in any way functional—as far as binding to ice crystals or glycosylation is concerned—or have any exaptive utility. The hypothesized metamorphosis would have required widespread and related changes that must have been coordinated and synchronized—and so representing something to the effect of a directional saltation. However, this is not something a blind, unsupervised process that can be achieved. It is, however, plausible to suggest that the commonality shared between both genes at their respective termini is indicative of the possibility, at least, that the glycoprotein was derived from an ancestral protease template...The case of evolution in notothenioid fish, entailing the speculative conversion of a protease duplicate into an AFGP, only serves to demonstrate the huge problem of supposing that cumulative random changes would contrive to produce novel information, especially if major deletions and other degenerative mutations were involved
Joseph Esfandiar Hannon Bozorgmehr "Is gene duplication a viable explanation for the origination of biological information and complexity?" Complexity Essays & Commentaries (22 December 2010)
و نضيف على النقد التطورى السابق عدد نسخ الجينات المكررة فى الجينوم فورقة EAC مثلا ذكرت وجود أكثر من 30 نسخة من هذه الجينات فى اطار "الاستراتيجيات" سابقة الذكر لكن معدل التكرار الجينى لا يسمح بهذا الرقم أبدا فمعدل حدوثه حوالى مرة كل 100 مليون سنة و بعض التقديرات جعلته أقل
based on observations from the genomic databases for several eukaryotic species, Lynch and Conery estimated that in eukaryotes the average rate of gene duplication is approximately 0.01 per gene per million years (i.e. the probability of duplication of a eukaryotic gene is at least 1% per million years). However, Cotton and Page estimated a gene duplication rate that is one order of magnitude lower than the estimate of Lynch and Conery
Supratim Choudhuri "Bioinformatics for Beginners" (2014), Chapter 2: Fundamentals of Molecular Evolution
بعبارة أخرى فلكى نصل الى ذلك الرقم من النسخ فقط (بعيدا عن باقى القصة التطورية) فاننا نحتاج الى 3 مليار سنة بينما هذا الجين يفترض نشأته منذ حوالى 50 مليون سنة أى فترة لا تكفى لتكرار جينى واحد...هنا كالعادة تلعب نظرية التطورة لعبتها الرخيصة المفضلة...تسمية الأشياء بأسماء تطورية ثم التظاهر بأن هذا تفسير...لقد خضع الجين لتطور فائق أو سريع و قد ناقشنا من قبل كيف يتلاعبون بالساعة الجزيئية و معدلات حدوث الطفرات بشكل غير موضوعى بالمرة لضبطها مع سيناريوهاتهم مما يفقدها أى قيمة دلالية. و بما أننا تطرقنا الى الأرقام و معدلات الحدوث فهى فرصة لنعلق على نموذج اخر. هل تذكرون نموذج التطور المتقارب الذى ذكرناه بالأعلى لظهور جين مضاد تجمد من ما يفترضون هم أنه حمض نووى خردة و غير مشفر. كيف أثبتوا ذلك؟ بامكانك أن تخمن طبعا – لقد بحثوا عن 9 نيوكليوتيدات فى الأسماك التى لا تملكه يمكنها أن تشفر للثلاثة أحماض الأمينية اياها و اعتبروا هذه نواة الجين. و الحقيقة أنهم لم يجدوها أصلا بل وجدوا 9 يحتاجون الى طفرة ليتحولوا الى التسعة المطلوبين.
The repeat regions in the basal gadine T. esmarkii comprise a 5′ CAG(Q)-rich segment and a 3′ segment that in silico translates as (Thr-Pro-Ala(2–7))n repeats...we found multiple 9-nt sequence elements with an in silico translation of Pro/Ala-Ala-AlaA chance 1-nt substitution (C → A or G → A) in the first position could give rise to the incipient three codons for the Thr-Ala-Ala tripeptide unit of AFGP
Xuan Zhuang et al., "Molecular mechanism and history of non-sense to sense evolution of antifreeze glycoprotein gene in northern gadids" February 14, 2019 PNAS vol. 116 (10) 4400-4405
و من هنا انطلقوا الى سرد قصة طويلة عريضة نعرفها جيدا من الأمثلة السابقة فالتطور طبعا قام بتكرار نسخ ثلاثية الأحماض الأمينية عن طريق عمليات تكرار صدفوية Chance duplications - يجب أن تكون Chance duplications و لا يجب أن تكون أى شئ اخر و لا تسأل كيف تأكدوا من هذا؟ اشارة الافراز خارج الخلية كالعادة جاهزة من قبل ظهور الجين فقد كانت latent "كامنة/مخبأة" فى الجينوم بالمصادفة fortuitous
latent signal peptide (SP)-coding exons were fortuitous noncoding DNA sequence immediately upstream of the 9-nt element…The AFGP founder structure existed in the gadid ancestor as a short noncoding genomic sequence comprising a segment (∼240 nt) with latent-coding exons that have the potential to form a peptide sequence with properties for a secretory signal.
و ما قام به التطور الهمام هو طفرة حذف 1-nt deletion أدت الى تغير اطار القراءة frameshift فوصلت الجزئين ببعضهما و لحسن الحظ تصادف أن كودون التوقف كان موجودا و جاهزا the developing AFGP tripeptide cds[coding sequence] was appropriately delimited by an existing in-frame termination codon و لكن مهلا...نحن حتى الان بلا الية لجعل هذا الجين يعمل و الأدهى نحن أصلا فى موقع غير الموقع الذى فيه هذا الجين فى الكائنات التى تحمله فالتطورى الذى يستدل عليك دائما بتشابه مواقع و ترتيب الجينات synteny ان لم يجد هذا التشابه لن يعتبر هذا دليلا على خطأ كلامه بل سيعتبره دليلا على أن الجين انتقل من مكانه!
the divergent upstream sequences of the AFGP homologs shared by the basal T. esmarkii, B. brosme, and L. lota indicate they occupy a homologous genomic location (the putative ancestral site) that is distinct from the location of the extant AFGP genotype in the more derived M. merlangus and species of the AFGP-bearing clade. This is supported by a complete lack of microsynteny in our comparison of the sequence contigs of the AFGP-homolog loci of B. brosme with those of B. saida AFGP loci. We found none of the predicted neighboring genes are shared between the two species
تنتهى القصة السعيدة بعملية نقل للجين من مكانه و لا تنسى يا عزيزى الكلمات المفتاحية – عملية النقل يجب أن تكون عشوائية stochastic و أخذت الجين الى موقع احتوى على محفز نسخ لحسن الحظ fortuitously بالصدفة و هكذا اجتمعت الأجزاء المتناثرة معا فى عش الزوجية الجديد بعد شتات و عاشوا فى تبات و نبات و أنجبوا رنا و بروتينات و هذه القصص يسمونها اثباتات ثم يستدلون بها لاحقا على قدرة التطور على العمل كسمكرى سيارات! tinkerer
We propose the possibility that the cis-promoter region was acquired in the most recent common ancestor of the AFGP-bearing clade through a stochastic translocation of the ancestral AFGP founder region to a new genomic site that happened to contain a TATA motif thereby conferring transcriptional capability...A putative translocation event in the last common ancestor of AFGP-bearing gadids moved the hitherto unexpressed AFGP precursor to a new genomic location that fortuitously contained a TATA motif thereby enabled transcription.
المسخرة سالفة الذكر و التى لا تعدو كونها مجرد قصص تروى بأثر رجعى تم تسميتها فى مقدمة الورقة دليل واضح و الية جزيئية مفصلة clear evidence and a detailed molecular mechanism و طبعا يمكنك تخيل حجم البروباجندا التى حظيت بها فى الأدبيات المروجة للتطور باعتبارها "دليل" على انشاء التطور لجينات و بروتينات من الصفر بدون تصميم أو غائية و لو قرأت اللقاء مع الباحثة المسئولة عن الورقة للاحظت كيف تصر على استخدام مصطلح serendipitous صدفوى و هى تصف الأحداث و الحقيقة أن الاصرار على حشر هذه المصطلحات وسط الكلام فلسفة و ليست علما
"Study of Arctic fishes reveals the birth of a gene—from 'junk'" Phys.org (February 11, 2019)
عندما تقرأ ما سبق لا يسعك الا أن تتذكر جملة عالم البيولوجيا التطورية مايكل لنش الذى يؤيد بشدة نموذج الطفرات المحايدة و مع ذلك عبر عن ما يفعلوه تعبيرا عبقريا عندما قال أنهم يعتبرون عقد مقارنات ترخيصا لاطلاق التخمينات و لرواية قصص ملهمة بدلا من توفير قدرة تفسيرية عالية
Evolutionary biology is treated unlike any science by both academics and the general public. For the average person, evolution is equivalent to natural selection, and because the concept of selection is easy to grasp, a reasonable understanding of comparative biology is often taken to be a license for evolutionary speculation...Evolutionary biology is not a story-telling exercise, and the goal of population genetics is not to be inspiring, but to be explanatory.
Michael Lynch "The frailty of adaptive hypotheses for the origins of organismal complexity" PNAS Vol. 104 | No. suppl_1 (May 15, 2007)
لن يعجز التطورى عن أن يعطيك قصة فان وجد الأجزاء المطلوبة موجودة فهو دليل على السلف المشترك و ان لم يجدها فهو دليل على أن التطور أنشأها من الصفر – ان وجدها مختلفة فدليل على أن التطور عدلها و ان وجد جزءا ناقصا فدليل على أن التطور حذفه و ان وجد جزءا زائدا فدليل على أن التطور أضافه - ان وجد الأشياء فى أماكن متقاربة فتشابه الاماكن دليل على السلف المشترك و ان وجدها فى أماكن مختلفة فدليل على أن التطور حركها من مكانها. ان ما يفعله التطوريون هو سرد البيانات بلغة تطورية ليتوهم المتلقى أن التطور جزء من البيانات و ليس فرضية اضافية فبدلا من أن يقول لك التشابهات كذا و كذا يقول لك كذا و كذا قادمان من السلف المشترك و بدلا من أن يقول لك الاختلافات كذا و كذا يقول لك التطور/الانتخاب الطبيعى أضاف/أنشأ كذا أو حذف كذا أو عدل كذا أو نقل كذا من مكانه و طبعا لا تنسى الكلمات المفتاحية التى يتم وضعها فى منتصف الكلام و كأنها جزء مما رصدوه فى الجينوم بينما هى فلسفتهم الخاصة: الصدفة/العشوائية/الحظ الحسن و هى كلمات حتى و ان لم تكتب صراحة يتم التعامل معها كحقائق مفروغ منها و مثبتة. طبعا لابد من استدعاء الانتخاب الطبيعى لتأكيد أن هذه التغيرات حدثت عندما تعرضت الكائنات لضغط انتخابى من البيئة الباردة (شوف الصدف) و أن هذا دليل "عبقرية التطور"evolutionary ingenuity على حد تعبير الورقة الذى صنع لها الجين الذى تحتاجه فى الوقت الذى احتاجته فيه من حمض نووى غير مشفر بدون خطوات متدرجة وظيفية...هل أثبت أحد أن هذا هو أصلا ما حدث؟ هل مجرد النظر الى هيكل ثم صياغة قصة عنه تعتبر دليل؟ هل تصادف أن تحدث هذه التغيرات بالذات بمجرد أن تتعرض السمكة للماء البارد؟ و ان حدثت من قبل فلماذا احتفظ بها الانتخاب الطبيعى و هى لا تفعل شيئا؟ سنتظاهر بأننا نسلم للتطوريين بأن الأجزاء تكون موجودة فى الجينوم دائما بالصدفة و الحظ الحسن و التطور يقوم باستغلالها فقط و وصلها ببعضها فأين اذن هو الدليل على قدرة التطور على انتاج هذه الأجزاء ابتداءا؟ الأخطر من ذلك هو أين هو الدليل على قدرة التطور (كعملية لاغائية غير مبرمجة كما يعرفونه هم) على استغلالها. ان اصرارهم على حشر هذه المصطلحات بهذا الشكل لهو أكبر دليل على أنهم يدركون أن حتى من يسلم بحدوث هذه الخطوات لن يقبل عقلا حدوثها بالعشوائية و هذا ينطبق بشكل صارخ على هذه الورقة بالذات فلو نظرت مليا الى ما يقولون لوجدت اعترافا واضحا بأن الجين لا يكتسب القدرة على العمل الا فى الخطوة الأخيرة وفقا للسيناريو الذى وضعوه لدرجة أن جيرى كوين على مدونته اعتبر هذا الجين نصرا ضد التعقيد الغير قابل للاختزال لأنه غير مفيد قبل اكتمال كل خطوات نشأته
the protein doesn’t become functional—e.g., being secreted into the fish blood to keep it from freezing—until the very last step of gene assembly, so the sequence looks “irreducibly complex”. But, contra the IDers, we can construct a perfectly naturalistic evolutionary sequence by looking at DNA in relatives and putative ancestors.
و هو ما يعنى بالتبعية أن كل هذه الصدف و العشوائية كانت تحدث دون انتخاب طبيعى يحمى الأجزاء و المكونات و مع ذلك و يا للعجب لم تأتى صدفة منهم بكودون توقف مبكر أو بطفرة تتلف اشارة الافراز أو تسلسل ثلاثية الأحماض الأمينية أو تحذف تكرارا بدلا من أن تضيف تكرارا! هذه قصة لطيفة جدا و لكن لم يشرح أحد بكلام معقول لماذا احتفظ الانتخاب الطبيعى بكل هذه الأجزاء و هى لا تفعل شيئا. و حتى ان تجاهلنا ذلك و نسبناه للحظ الحسن مع أن هذا الكلام ليس علما فماذا عن حدوث الطفرات المطلوبة لتحقيق الفائدة؟ فان كنا رأينا نقدا فى حالات سابقة من التى وضعوا فيها سيناريوهات لجينات تعمل بالفعل كالتربسينوجين و بالتالى يمكن تصور وجود مراحل انتقالية فما بالك بحالة جين بلا مراحل انتقالية؟
و كتوضيح بسيط سنلقى نظرة على الطفرة التى حولت الثلاثية الى Thr-Ala-Ala فكما ذكرنا بالأعلى الثلاثية لم تكن موجودة بل احتاجت طفرة لتظهر قبل أن يتم تكرارها. فى ظل غياب عمل الجين و بالتبعية غياب الانتخاب الطبيعى فان هذه الطفرة ستكون محايدة neutral و ستنتشر فى الجماعة الحية بالانجراف drift حسنا ما هو معدل ثبات الطفرة فى الجماعة الحية فى ظل الانجراف؟ انه معدل مساوى لمعدل حدوث الطفرة و بما أنهم قالوا أن التطور هنا حدث من مناطق غير مشفرة و ليس من جينات فسنستخدم معدل الطفرات فى النيوكليوتيدات و ليس فى الجينات – ما هو متوسط معدل تطفر النيوكليوتيدات فى هذه الأسماك؟ انه 10^-8 للنيوكليوتيدة للجيل أى 1من 100 مليون بعبارة أخرى لكى تثبت الطفرة تحتاج الى 100 مليون جيل! متوسط عمر الجيل فى هذه الأسماك 4 سنوات أى أنك تحتاج الى 400 مليون سنة لتثبيت هذه الطفرة فقط. ماذا عن طفرة الحذف الى وصلت اشارة الافراز بتسلسل مضاد التجمد. معدل حدوث طفرات الحذف أقل من معدل حدوث طفرات تغيير النيوكليوتيدات و لكننا سنتظاهر بأنه نفس المعدل – 400 مليون سنة أخرى لتثبيت هذه الطفرة! و حتى اذا فرضنا السيناريو البديل الذى يجعل طفرة النقل تحدث قبل طفرة الحذف فان معدل طفرات النقل هو الاخر أقل من معدل طفرات تغيير النيوكليوتيدات و برغم ذلك سنتظاهر بأنه هو نفسه و سنصل الى نفس النتيجة! بعبارة أخرى هذه العائلة من الأسماك كانت تطور هذا البروتين من قبل أن تتجمد المياه و من قبل أن تنشأ العائلة نفسها أصلا بل و ربما منذ ظهرت "تطورت" الأسماك أصلا. قارن هذا بكلامهم عن تطور هذا الجين فى هذه الأسماك من حوالى 3 مليون سنة! هذا مستحيل و كل الكلام الانشائى عن الحظ الحسن و تسارع معدلات التطور و سهولة حدوث الطفرات النقطية لن يحل هذه المشكلة و حشر الضغط الانتخابى وسط الكلام بلا معنى اذ أن نموذجهم كما شرحوه و كما تحدث عنه كوين يقتضى عدم وجود أى دور للانتخاب الى فى الخطوة الأخيرة!
منظور التصميم:
فى المقابل دعنا ننظر الى الأمر من منظور التصميم ستجد أننا حتى لو سلمنا لهم تنزلا بنشأة هذه البروتينات من أجزاء متوافرة فى الجينوم دون تفسير لوجود هذه الأجزاء فان الطفرات المطلوبة أبعد ما تكون عن العشوائية و الصدفة (بدون انتخاب أو حتى مع وجوده) و أن مثل هذه التغيرات لفرض حدوثها ستبدو أكثر منطقية عند النظر اليها كاليات مبرمجة فى الجينوم تعرف ما تفعل و ما هدفها و لا تنتظر الصدفة يتلوها انتخاب و هو ما تثبته دراسات كثيرة بالفعل و عندما تنظر الى أجزاء الجينوم التى لا تشفر لبروتين و التى افترضوا نشأة هذا الجين منها على أنها ليست خردة بلا وظيفة (راجع مبحث خورازميات البحث و مخازن المعلومات لترى أمثلة على اكتشاف اليات عمل غائية هادفة مبرمجة فى الجينوم تقوم باحداث التغييرات بعيدا عن خرافات العشوائية و الصدفة و اللاغائية و مخازن معلومات احتياطية يتم تفعيلها عند اللزوم)
مسألة كون الحمض النووى خردة و بلا وظيفة هذه قتلناها بحثا و ذكرنا كيف أن الكثير من أجزاءه عبارة عن مخازن معلومات احتياطية و أن التكرارات القصيرة tandem repeats/satellites و التى تشبه ثلاثيات الارتباط ببلورات الثلج ليست أخطاء نسخ بل عناصر وظيفية لاضافة المرونة الى الجينوم و تتعامل معها الخلية بشكل مختلف عن باقى الحمض النووى من حيث تكرار نسخها للاستفادة من وظائفها فى اعطاء مرونة لوظائف البروتينات – على سبيل المثال لا الحصر:
This size variation creates quantitative alterations in phenotypes (e.g., adhesion, flocculation or biofilm formation)...there was a linear correlation between gene size and the extent of adhesion: as the Flo1 proteins became longer (carrying more repeats), the adhesion properties gradually became stronger
Kevin J Verstrepen et al., "Intragenic tandem repeats generate functional variability" Nature Genetics volume 37, pages986–990 (2005)
الكلام عن وجود أجزاء وظيفية "مخبأة" أو "كامنة" أو لا تظهر الا بعد طفرات تغيير اطار القراءة كله يندرج تحت بند ما ذكرناه من مخازن المعلومات الاحتياطية و الشفرات المتراكبة overlapping
اذ أثبتت الأبحاث أن التسلسل الواحد للحمض النووى يشفر لعدة طبقات من المعلومات حسب مكان بدء القراءة و هذه من اليات ضغط البيانات فى مساحة أقل compression
It is becoming increasingly clear that functional annotation of the genome entails understanding not only that a particular stretch of DNA encodes a given type of element active in some cell type, but how that encoding is interpreted in different cellular environments. For example, it is widely acknowledged that the same DNA element may be recognized by different (generally related) transcription factors in different cellular environments, with alternative functional consequences...these observations suggest that the genome may, in fact, be extensively multiply encoded—i.e., that the same DNA element gives rise to different activities in different cell types. This possibility challenges our current notions of annotation, which are still rooted in a linear world, and cautions against formulating definitions of completeness based on older models such as the delineation of protein-coding genes.
John A. Stamatoyannopoulos "What does our genome encode?" Genome Research 2012 Sep; 22(9): 1602–1611
E.N. Trifonov “Multiple codes of nucleotide sequences” Bulletin of Mathematical Biology 51: 417-432
E.N. Trifonov “Genetic Sequences as a product of compression by inclusive superposition of many codes” Molecular Biology 31(4): 647-654
Itzkovitz S, Hodis E, Sega E (2010) Overlapping codes within protein-coding sequences. Genome Res. 20:1582–1589.
Sezen Meydan et al., "Genes within Genes in Bacterial Genomes" Microbiology Spectrum Vol. 6, No. 4 (13 July 2018)
Baranov PV, Atkins JF, Yordanova MM. 2015. Augmented genetic decoding: global, local and temporal alterations of decoding processes and codon meaning. Nat Rev Genet 16:517–529
و ستلاحظ ارتباطا وثيقا فى الكثير من المصادر بين هذه المكونات سابقة التجهيز و بين طفرات تغيير اطار القراءة frameshift و التى تمكن الخلية من قراءة هذا التشفير الاضافى و الاستفادة منه لدرجة أن بعض الأبحاث تعتبر طفرات تغيير اطار القراءة مبرمجة فى الجينوم programmed و أنها عملية تنظيمية regulatory (مثلا تستخدم لتنظيم انتاج البروتين الهام Release Factor 2/RF2 الذى يشارك فى ترجمة الرنا الى بروتين) و هى ليست مجرد خطأ نسخ صدفوى بل توجد مواقع ذات سمات مميزة تجعلها أكثر عرضة prone للحدوث فيها و أوراقهم هم أنفسهم تعترف بالفارق بين هذه الاليات المبرمجة و بين ما يحدث من أخطاء نسخ صدفوية لكن طبعا كما نعلم جميعا فان كل هذه السمات غير العشوائية المنظمة أنتجتها أخطاء النسخ و تصادف أن حدثت فى مواقع كانت فيها شفرات و مكونات اضافية جاهزة لتخدم احتياجات الخلية الحالية. لاحظ كيف أن أوراقهم و هى تحاول أن تشرح المسألة لم تملك الا عمل نموذج بجمل ذات معنى استخدموا عقولهم و ليس أخطاء النسخ لكتابتها و لتحديد موضع طفرة الحذف/تغيير اطار القراءة فيها و مع ذلك لا ترقى لأهمية و تعقيد ما تنتجه هذه العمليات الغير مصممة وفق زعمهم.
Atkins JF et al., 2016. Ribosomal frameshifting and transcriptional slippage: from genetic steganography and cryptography to adventitious use. Nucleic Acids Res 44:7007–7078.
In contrast to spontaneous errors during elongation, recoding, or reprogrammed genetic decoding, is a process that alters the reading of individual codons (usually stop codons), alleviates the colinearity of mRNA and protein, or changes the reading frame of an mRNA. Recoding events are usually ‘programmed’ by stimulatory elements in the mRNA...Main types of recoding are read-through, ribosomal frameshifting, and bypassing...Slippage of the ribosome in + or − direction changes the reading frame on the mRNA...Frameshifting may be used to regulate the synthesis of a single protein or to produce two proteins (peptide ORF1 and peptide ORF1+2) from a single mRNA with two overlapping open reading frames
Caliskan N, Peske F, Rodnina MV. 2015. Changed in translation: mRNA recoding by -1 programmed ribosomal frameshifting. Trends Biochem Sci 40:265–274.
The most well-defined −1 PRF[Programmed Ribosomal Frameshifting] phenomena are directed by an mRNA sequence motif composed of three important elements: a ‘slippery site’ composed of seven nucleotides where the translational shift in reading frame actually takes place; a short spacer sequence of usually less than 12 nucleotides; and a downstream stimulatory structure (usually an mRNA pseudoknot)...the essential function of the stimulatory structure is to provide an energetic barrier to an elongating ribosome, and to position it over the slippery site. However, the thermodynamic stability of the downstream barrier is not the sole determinant of frameshift efficiency: additional parameters, both known and unknown influence this parameter...+1 PRF signals appear case specific. However, it is clear that +1 PRF is also driven by cis-acting elements that cause elongating ribosomes to kinetically partition into the +1 frame, and that slippage of P-site tRNA appear to be the most important parameter. However, the precise mechanisms are different for different +1 PRF signals.
In the bacterial cases such as the E. coli prfB mRNA, the U CUU UGA slippery site contains the in frame UGA termination codon which is recognized by RF2. While translation termination is efficient when RF2 levels are high, low RF2 levels result in inefficient recognition of the UGA codon. This causes the ribosome to pause. An SD-like sequence located in the prfB mRNA immediately 5′ of the slippery site interacts with the anti-SD sequence on the 16S rRNA so as to reposition the ribosome in the +1 frame. Thus, RF2 production is autoregulated through +1 PRF.
Dinman JD. 2012. Mechanisms and implications of programmed translational frameshifting. Wiley Interdiscip Rev RNA 3:661–673
Kollmus H, Hentze MW, Hauser H. Regulated ribosomal frameshifting by an RNA-protein interaction. RNA 1996, 2: 316–323.
Translational pausing also induces a variety of recoding events such as frameshifts, ribosome hops, and stop codon readthrough...+1 frameshifting was not suppressed by tmRNA.SmpB activity[quality control system “rescues” paused ribosomes],suggesting that recoding and ribosome rescue are not competing events...Ribosomes usually decode mRNAs with high fidelity to ensure accurate protein synthesis. However, some messages contain recoding signals that instruct the ribosome to change translational reading frames (frameshifting) or to read stop codons as sense codons (stop codon readthrough)...the synthesis of some proteins is regulated by programmed recoding. In many bacteria, release factor-2 (RF-2) synthesis requires a +1 frameshift at a premature UGA stop codon
Jason S. Seidman et al., "Alternative Fates of Paused Ribosomes during Translation Termination" THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY VOL. 286, NO. 36, pp. 31105–31112, September 9, 2011
سنتوقف مع أحد هذه المصادر قليلا و ليكن الأخير لبساطته و قصره و لأن هدفه لم يكن دراسة طفرات تغيير اطار القراءة بشكل خاص بقدر ما كان فهم الية التعامل مع الرايبوسومات المتوقفة/المتعثرة بشكل عام...الورقة مثلها مثل المصادر التى سبقتها توضح كيف أن طفرات تغيير اطار القراءة (و طفرات أخرى) تمثل تنوعات لقراءة شفرة الحمض النووى بطرق مختلفة recoding عندما يتوقف الرايبوسوم فى موقع ما و توضح أن هذه ليست أخطاء نسخ بدليل أنها محكومة باشارات معينة recoding signals هى التى تعطى الرايبوسوم تعليمات تغيير القراءة المعتادة و بدليل أيضا أن المركب البروتينى tmRNA.SmpB الذى يوصف بمراقب ال جودة و المسؤول عن انقاذ الرايبوسومات المتعثرة لا يتعامل معها ببروتوكوله المعهود (وضع اشارة ssrA على المنتج غير المكتمل لتقوم بروتينات أخرى بتحطيمه و انقاذ الرايبوسوم المتعثر – بروتوكول نشأ هو و أجزاءه بأخطاء النسخ طبعا). كل هذا جميل و يؤكد ما قلناه من قبل لكن نضيف
the C-terminal Asp-Pro nascent peptide motif (which interferes with translation termination)...The nature and extent of translational recoding depended upon the codon for the C-terminal Pro residue, with CCU and CCC promoting efficient +1 frameshifting...we find +1 frameshifts occur at a higher frequency with the CCC-coded construct...In contrast, +1 frameshifting is not favored during translation of the CCG-coded construct, and instead the paused ribosomes undergo stop codon readthrough and ribosome hopping.
هذا الكلام لا علاقة له بالبروتينات المضادة للتجمد و لا بطفرات تغيير اطار القراءة على وجه الخصوص و لكنه مهم. الحمض الأمينى برولين Proline/Pro يمكن تشفيره بأربع كودونات مختلفة synonymous codons و قد وجد البحث أن الكودون المستخدم فى تشفير الحمض الأمينى يمثل رسالة للرايبوسوم تحمل تعليمات تخبره هل يغير اطار القراءة frameshift بحرف واحد أم يقفز hop عدة حروف أم يكمل القراءة عبر كودون التوقف readthrough و يبدله بحمض أمينى اخر. لاحظ نحن نتحدث عن تغيير تشفير نفس الحمض الأمينى بعدة كودونات مختلفة أو ما يعرف بالطفرة الصامتة silent mutations و ليس عن تغييره بحمض أمينى اخر. كم مرة سمعت تطورى يتساءل متظاهرا بالعمق "لماذا يشفر المصمم للحمض الأمينى بنفس الكودون فى كائنات مختلفة؟ هل يخدعنا ليوحى لنا بالتطور؟ كان يمكنه أن يشفره بكودون مختلف.” طبعا نفس هذا العميق ان وجد الكودونات مختلفة فسينسبها لللانتخاب الطبيعى و الطفرات. بل و ربما يزيد الطين بلة – عفوا أقصد يزداد عمقا و حكمة سرمدية فيتساءل "و لماذا وضع فى الشفرة كودونات مختلفة ابتداءا؟ لماذا لم يضع كودون واحد لكل حمض أمينى و انتهى الأمر. هذا دليل عدم التصميم".
و هذا يأتى فى اطار أبحاث أخرى اكتشفت الفروق بين هذه التشفيرات المختلفة لنفس الحمض الأمينى
Co-translational folding is thought to be aided by the slower elongation speed of eukaryotic ribosomes...Moreover, fine-tuning of co-translational folding may be achieved by translational pausing at rare codons.
F. Ulrich Hartl et al., "Molecular chaperones in protein folding and proteostasis" Nature volume 475, pages324–332 (2011)
the modification of β- and γ-actin is dictated by the codons—the triplets of nucleic acids that encode amino acids— rather than the specific amino acids themselves in the amino termini of these proteins. This is an unexpected example of proteins whose properties are determined at the nucleotide rather than the amino acid level, forcing a reassessment of what defines a synonymous change in a gene sequence....the discovery that synonymous codon changes can so profoundly change the role of a protein adds a new level of complexity to how we interpret the genetic code.
Ivana Weygand-Durasevic and Michael Ibba, “New Roles for Codon Usage - Nucleotide coding of actin is linked to the rate of translation, polypeptide modification, and stability.” Science, Vol. 329:1473-1474 (September 17, 2010) reporting on Fangliang Zhanget al., “Differential Arginylation of Actin Isoforms Is Regulated by Coding Sequence-Dependent Degradation,” Science, Vol. 329:1534-1537 (September 17, 2010).
D'Onofrio and Abel "Redundancy of the genetic code enables translational pausing" Frontiers in Genetics 5 (2014)
Helen Pearson, “Silent Mutations Speak Up: Overlooked Genetic Changes Could Impact on Disease,” Nature (December 21, 2006)
Chava Kimchi-Sarfaty et al., “A ‘Silent’ Polymorphism in the MDR1 Gene Changes Substrate Specificity,” Science (December 21, 2006)
Franco Pagani et al., "Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution" PNAS Vol. 102 | No. 18 (April 19, 2005)
نعتذر عن هذا الاستطراد لكن الشئ بالشئ يذكر طالما ذكرنا الموضوع و اتضح أن أحد وظائف هذه الطفرات الصامتة هو تنظيم تغييير اطار القراءة و نعود الى موضوعنا – الشفرات المتراكبة و طفرات الازاحة/تغيير اطار القراءة
اذن هذه الطبقات المتعددة من التشفير يمكن قراءتها و استغلالها اما بعد نسخ الجين الى رنا عن طريقة معالجة و تعديل الرنا Post Transcription/RNA Editing أثناء عمل الرايبوسوم أو عن طريق تفعيلها فى الجينوم مباشرة عن طريق تغيير موضع بدء القراءة فى الشفرة المخزنة و قد ثبت أن تغيير موضع بدء القراءة و غيره من تغيرات الحمض النووى ليس "خطأ نسخ صدفوى "بل يتطلب عمل أنواعا خاصة من الات النسخ لتقوم به و هذه بدورها تتتحرك نحو مواقع محددة لتقوم بوظائف تطفيرية محددة استجابة لظروف و عمليات تنظيم محددة و نفس الشئ بالنسبة للكثير من الطفرات التكيفية/التحسينية التى يقومون بعزو حدوثها الى الصدفة و بقاءها الى الانتخاب الطبيعى لدرجة أن لدينا اليوم فى البيولوجيا التطورية أطروحات مثل الهندسة الوراثية الطبيعية Natural Genetic Engineering/NGE تستند الى أدلة كثيرة تقول بأن معظم ما يحدث من تغيرات و طفرات فى الجينوم ليس صدفويا بل موجه من الخلية وفق احتياجاتها و أن الجينوم يشبه القرص الصلب للحاسب الالى و تعديل المعلومات عليه عبارة عن كتابة لما تحتاج اليه الخلية controlled inscriptions و ليس أخطاء أثناء النسخ
The discovery that DNA changes arise as the result of regulated cell biochemistry means that the genome is best modelled as a read–write (RW) data storage system...cells protect themselves from accidental genome change with proofreading and DNA damage repair systems...cells have a broad variety of natural genetic engineering (NGE) functions for transporting, diversifying and reorganizing DNA sequences in ways that generate many classes of genomic novelties; natural genetic engineering functions are regulated and subject to activation by a range of challenging life history events; cells can target the action of natural genetic engineering functions to particular genome locations by a range of well-established molecular interactions,
particular trans-lesion polymerases (or pairs thereof) are necessary for specific kinds of mutations to occur, such as −1 or −2 frameshifts or particular base substitutions. These unexpected results indicate that individual localized point mutations are the result of action by specific biochemical functions. Certainly, this conclusion fits with the demonstrations that PolIV and PolV account for the inducible mutagenic activity that Weigle discovered on unirradiated lambda DNA. The involvement of identifiable enzymes with particular DNA changes is far more in agreement with the physiological view of mutation than with the random accident assumption.
The preceding sections have attempted to make two major arguments: (i) the concept of an RW genome altered by cell action is more compatible with the discoveries of molecular genetics than the pre-DNA idea of a read-only memory (ROM) subject to accidental change; (ii) the concepts of physiological regulation can be applied to the control of the NGE operators that alter DNA sequences and genome structure in non-random and controlled ways...The existence of highly evolved and tightly regulated NGE processes that generate genome changes in a predictable fashion is an empirical reality incompatible with the ROM genome view.
James A Shapiro "Physiology of the read–write genome" The Journal of Physiology Volume 592, Issue 11 (1 June 2014) Pages 2319-2341
The genome has traditionally been treated as a Read-Only Memory (ROM) subject to change by copying errors and accidents. In this review, I propose that we need to change that perspective and understand the genome as an intricately formatted Read–Write (RW) data storage system constantly subject to cellular modifications and inscriptions...The preceding discussion presents a large but far from exhaustive catalogue of molecular tools that cells possess to make controlled inscriptions in their genomes over all biological time scales. The empirical evidence for biological action in hereditary genome changes has become so overwhelming that it is surprising how widespread the notion of accidental change still remains.
James A. Shapiro "How life changes itself: The Read–Write (RW) genome" Physics of Life Reviews Volume 10, Issue 3, September 2013, Pages 287-323
و لنأخذ مثالا اضافيا على تطبيق الأطروحة السابقة على بروتينات التجمد غير الطفرات النقطية و تغيير اطار القراءة: التطوريون يشيرون الى عثورهم على جينات "هجينة" بين التربسينوجين و مضاد التجمد على أنها حلقة انتقالية و مرحلة فى تطور مضاد التجمد و المدهش فعلا أن وجود هذه الجينات الهجينة متعددة الوظائف فى حالة التربسينوجين هو عكس نموذج Escape from Adaptive Conflict (EAC) الذى استخدموه لنسج قصة تطور المضاد الاخر من جين SAS و الذى يقوم على أن تطور يقوم بفصل هذه الجينات عن بعضها ليتخصص كل منهم فى وظيفة لكن طبعا لا يهم المهم أن نعطى قصة فى كل حالة حتى لو تضاربت قصصنا و الياتنا مع بعضها البعض! المهم أننا نعلم اليوم أن الجينوم يقوم بدمج الجينات التى تعمل معا لتيسير عملية التنسيق بينها و قد ذكرنا سابقا كيف أن التربسين على الأرجح هو انزيم تقطيع مضاد التجمد فهما يعملان معا و بناءا عليه فوجود الجينات الهجينة/المدمجة مع بعضها البعض بشكل عام لا علاقة له بحلقات انتقالية أو مراحل تطورية بل هو من عمليات التنظيم الجينومى
A compelling example arises with gene fusion mutations. Previously regarded as accidental chromosomal rearrangements occurring sporadically, new evidence indicates that fusion events preferentially involve genes that function together and interact routinely within cellular networks. Mechanistically, the three-dimensional folding of chromatin in the nucleus spatially congregates these functionally allied genes, rendering their fusion via molecular processes more feasible. The evolutionary consequence is simplification of regulatory complexity, embedding coordinated gene interactions directly into the genome’s architecture.
"New Study Reveals Genome-Driven Mutations Shape Evolution, Challenging Random Mutation Theory" Science Magazine (September 3, 2025)
Since gene fusion often occurs between genes encoding interacting proteins, this provides a way for the number of distinct subunits in a complex to be reduced, while leaving the overall structure largely unchanged.
Tina Perica et al., “The emergence of protein complexes: quaternary structure, dynamics and allostery” Biochemical Society Transactions Volume 40, Issue 3 June 2012
Evgeni Bolotin et al., "Genes that are Used Together are More Likely to be Fused Together in Evolution by Mutational Mechanisms: A Bioinformatic Test of the Used-Fused Hypothesis" Evolutionary Biology Volume 50, pages 30–55, (2023)
لاحظ من فضلك أن هذا يناقض كل ما كانوا يقولوه سابقا عن طفرات الدمج fusion و الجينات الهجينة chimera اذ كالعادة كانوا يقولون أنها عمليات لاغائية تصادف أن كان بعضها مفيدا فاستبقاه الانتخاب الطبيعى و البيانات السابقة تشير الى أنها تستهدف بشكل خاص الجينات التى تعمل معا لتسهيل عملياتها التنظيمية (الحدوث هو الذى يستهدف و ليس البقاء). لاحظ أيضا كيف شرحنا عند الحديث عن الجينات الزائفة أن الجينوم يقوم بتفعيل الجينات التى تفتقد الى عناصر تحكم و محفزات بالاتيان بهذه الأجزاء من أماكن بعيدة عن طريق عمليات تنظيم ثلاثية الأبعاد. الان انظر معى الى الاقتباسات السابقة عن قيام الجينوم بدمج الجينات التى تعمل معا و تذكر معى القصة اللطيفة عن الأجزاء التى كانت جاهزة فى الجينوم بالصدفة ثم حملها التطور بالصدفة مشكورا الى حيث المحفز! المذهل فى الموضوع أن التطوريون أنفسهم لا يملكون الا أن يشبهوا تلك الاليات بالعقل و التعلم و الذكاء الصناعى و مع ذلك يصرون على أنها غير مصممة!
The potential depth of evolution from this new perspective can be seen by examining other networks. For example, the gene fusion mechanism—where genes repeatedly used together across evolutionary time are more likely to be fused together by mutation—echoes chunking, one of the most basic principles of cognition and learning in the brain, where pieces of information that repeatedly co-occur are eventually chunked into a single unit.
"Mutations driving evolution are informed by the genome, not random, study suggests" Phys.org (September 3, 2025)
the potent three-way connection between evolution, machine learning, and the brain
Adi Livnat and Christos Papadimitriou "Evolution and Learning: Used Together, Fused Together." Volume 31, Issue 12 p894-896 December 2016
يشبه هذا أن شخصا كان يريد أن يقنعك بأن المقالات و الكتب تنشأ بالانتقاء من بين أخطاء الكتابة فلما اتضح له أن مصدرها برنامج ذكاء اصطناعى معلوماتى انتقل الى محاولة اقناعك أن هذا البرنامج هو الذى نشأ بأخطاء الكتابة. بل اننا حتى لو تجاهلنا ما سبق تماما فان قصتهم عن كون هذا الجين حلقة انتقالية لا تتسق مع توصيفهم هم أنفسهم لما حدث فبينما يلفون و يدورون فى أوراقهم للوصول الى أقل عدد ممكن من التكرارات التى تمنح وظيفة الوقاية من التجمد نجد هذا الجين "الانتقالى" "متطور" جدا اذا استخدمنا مصطلحاتهم اذ يحتوى على عدة تنوعات isoforms من البروتين اثنان بتسلسلات مضاد طويلة (التى يفترض كونها لاحقة فى مراحل تطور الجين) و خمسة من القصيرة و بالتالى من الغير المرجح أبدا كونه حلقة انتقالية حتى من منظور سيناريوهاتهم ذاتها!
an unusual gene encoding not only the large AFGP isoforms but also a trypsinogen-like protease in tandem...Hybrid E2[Exon 2] has a large 5' AFGP polyprotein-coding segment that encodes seven AFGP molecules (two large and five small isoforms...together with a spacer whose origin is unknown)
تتبقى لنا طفرات اعادة نسخ الجين. هل تعرف قصة طالب البيولوجيا التطورية الذى غش و هو يقوم بعمل مشروعه و نقل كلاما جاهزا فلما تم اتهامه بالسرقة العلمية plagiarism قال كلا بل أنا أنتجت معلومات جديدة – ألسنا نعتبر طفرات تكرار نسخ الجينات معلومات جديدة؟ حتى طفرات التكرار الجينى duplication التى كان نقاد التطور يقرون للتطوريين بعشوائيتها كونها لا تضيف معلومة جديدة الى الجينوم اتضح أنها ليست عشوائية بل ان الجينوم يستهدف الجينات المستخدمة كثيرا بالتكرار نظرا لكثرة احتياج منتجاتها (و هذا بداهة سينطبق على الجينات ذات الاستخدامات المتعددة).
Several findings show that elevated transcription increases the chance of a gene duplication mutation…the gene duplication mutation replaces the previous regulatory activity with an innate ability to produce a large amount of the gene product…the origination of gene fusion, gene duplication and the predicted RNA editing–based mutations is not due to mere chance unrelated to the biology of the organism, but instead is influenced in a mechanistic, systematic and mutation-specific manner by phenomena carrying meaningful biological information, such as genes being used together, genes being expressed excessively, and certain nucleotides being edited recurrently at the RNA level. In addition, it is not influenced in general directly by the environment but by information that has accumulated in the genome over time—information which is itself not random but reflects the current biological structure and function of the organism, as has accumulated under previous nonaccidental heritable changes and selection….Like nonaccidental fusion, nonaccidental duplication has also been considered a key principle of information acquisition.
According to the replacement hypothesis, gene duplication does not occur randomly with respect to function, but rather elevated transcription–based duplication duplicates genes whose products are more likely to be needed at higher amounts and whose duplication is more likely to lead to functional specialization. Both elevated transcription–based duplication and used-fused mechanisms demonstrate that fundamental principles of information acquisition are evident in the mechanistic nature of mutation.
Adi Livnat and Daniel Melamed “Evolutionary honing in and mutational replacement: how long-term directed mutational responses to specific environmental pressures are possible” Theory in Biosciences Volume 142, pages 87–105, (2023)
و النتيجة الى الان أننا حتى لو سلمنا لللتطوريين تنزلا بنشأة هذه الجينات من مكونات مسبقة فى الجينوم فان كل ما يزعم التطوريون أنه أنتج هذه الجينات من طفرات تكرار و تغيير اطار قراءة و دمج و طفرات نقطية عدلت بعض الأحماض الأمينية تغيرات معلوماتية و ليست أخطاء نسخ صدفوية تصادف حدوثها من بين احتمالات أخرى و كانت مفيدة. و هناك كتب كاملة لعلماء بيولوجيا تطورية لا علاقة لهم بالتصميم الذكى تجمع أدلة كثيرة على عدم عشوائية أنواع الطفرات المختلفة ككتاب جيمس شابيرو Evolution: A view from the 21st century و الذى شبه فيه ما تفعله الخلية بالهندسة الوراثية و كتاب ماساتوشى ناى Mutation-driven Evolution و غيرهم و طبعا أنماط الوراثة شبه-اللاماركية التى تنقل معلومات من خلايا الكائن العاملة الى الخط التكاثرى germline قد ناقشناها من قبل. قارن كل هذا بدوغمائية التطوريين الشديدة التى تصر على أن كل شئ يحدث بالعشوائية و الصدفة و الفيصل فقط هو هل بعد حدوثه بالصدفة اتضح أنه أفضل للبقاء أم لا – قارنه بالمصطلحات الصدفوية التى يبعثرونها فى أوراقهم كما رأينا أو بجملة العملاق الحاصل على نوبل جاك مونود (و التى لا يزالزن يصرون على معناها بشكل أو باخر) و هو يقول أن الصدف و العشوائية هى مصدر كل الابتكارات و أنه لا يوجد أمل فى أى اكتشاف يغير هذه الحقيقة مستقبلا
“It necessarily follows that chance alone is at the source of every innovation, and of all creation in the biosphere. Pure chance, absolutely free but blind, at the very root of the stupendous edifice of evolution: this central concept of modern biology is no longer one among many other possible or even conceivable hypotheses. It is today the sole conceivable hypothesis, the only one that squares with observed and tested fact. And nothing warrants the supposition - or the hope - that on this score our position is ever likely to be revised. There is no scientific concept, in any of the sciences, more destructive of anthropocentrism than this one.”
Jacques Monod Chance and Necessity: An Essay on the Natural Philosophy of Modern Biology (1971), 112-113
لتدرك أن الدوغمائية و ادخال المعتقدات الشخصية فى العلم – التهم التى يتهمون بها مخالفيهم-هى عين ما يفعلوه هم و أن الحصول على نوبل من عدمه ليس مقياس لمدى ادخال المعتقدات الشخصية فى تفسير الدليل العلمى
(ملحوظة: موضوع أن طفرات الجينوم بأنواعها الكثير منها اتضح أنه ليس عشوائيا أمثلته أكثر بكثير مما سبق و تحتاج مناقشته الى عدة مقالات مستقلة لكثرة قنابل الدخان و محاولات التشغيب التى يقوم بها التطوريون حول دلالته بين من يحاول التقليل منها للايحاء بأنها استثناء و معظم ما يحدث صدفوى و بين من يحاول أن يبالغ فى قدراتها و لكننا اقتصرنا هنا على أمثلة الطفرات التى زعموا حدوثها فى نموذج مضادات التجمد).
النتيجة: الدروس المستفادة من هذا النموذج
1-تمثل البروتينات المضادة للتجمد حالة تعقيد وظيفية منخفضة للغاية بمتطلبات بسيطة تجعل نشأتها سهلة الى درجة اعتراف التطوريين أنفسهم بأنها حالة استثنائية atypical/unusual and simple و بالتبعية لا يمكن الاستدلال بها على قدرة التطور على انشاء الجينات
2-برغم انخفاض المتطلبات الوظيفية فان كل ما قدمه التطوريون من أدلة مزعومة على تطورها لا يخرج عن كونه نفس الاستدلال التقليدى بالتشابهات بين وظائف و مكونات و أجزاء و طيات موجودة مسبقا فى الجينوم و هو ما يمكن تفسيره بشكل أفضل بالتصميم بدون الحاجة الى سلف مشترك خاصة فى ظل عدم واقعية بعض السيناريوهات المطروحة. ان ما يفعله التطورى فى الواقع لا يعدو كونه ينظر الى الاختلافات بين المصدر و النتيجة ثم يسرد لك هذه المشاهدات بلغة التطور أضاف كذا و حذف كذا و عدل كذا فيتوهم المتلقى أن القصة المروية جزء من البيانات مهما كانت عدم واقعيتها.
3-بغض النظر عن مدى واقعية السيناريو المطروح فان قدرة التطورى على أن يسرد عليك قصة "تبدو" واقعية ليست دليلا على حدوث هذه القصة فعلا و أرجو أن يتذكر القارئ الكريم أن هؤلاء القوم اخترعوا قصة تبدو منطقية جدا لنشأة مصيدة الفئران عن طريق مراحل انتقالية وظيفية برغم أن الجميع و أولهم مخترع القصة ذاته يعلمون أن مصيدة الفئران لم تنشأ بهذه الطريقة و الى اليوم لازالوا يعتبرون قصتهم ردا على التعقيد الغير قابل للاختزال برغم أنها فى الواقع دليل عملى على أن اختراع قصة منطقية لا علاقة له من قريب أو بعيد بحقيقة حدوث هذه القصة فما بالك و الكثير من قصصهم عند التدقيق يتضح أنها ليست بالمنطقية التى قد يتوهمها المتلقى فى البداية.
4-يتعامل التطورى بطريقة بما أن أخطاء النسخ تحدث اذن هى التى صنعت كل شئ و يروى قصصه التى يعتبرها حقائق بناءا على ذلك و هذا كمن يستدل بامكان ضرب حروف خاطئة أثناء كتابة مقالة على لوحة المفاتيح على أن المقالة كلها من قرعات عشوائية للمفاتيح فحتى لو تنزلنا مع التطوريين و قبلنا نشأة هذه الجينات من أسلاف جينية و تسلسلات أخرى فى الحمض النووى فان ما يزعم التطوريون كونه الطفرات المطلوبة للعملية ليست عشوائية أو صدفوية بل محكومة و موجهة بمتطلبات الكائن و احتباجاته من حيث احتمال حدوثها ذاته و ليس من حيث مجرد بقاءها بعد الحدوث و هو عكس ما تحتاج اليه نظرية التطور لنفى الغائية و لا تملك النظرية هنا غير التشغيب للتهرب من تبعات هذه الاليات بزعم أن التطور هو الذى أنشأها و تسميتها "اليات تطورية" و تسمية مخرجاتها "ابتكارات تطورية".
5-الهدف من هذا المقال ليس فقط الرد على هذه الأمثلة تحديدا و لكن توضيح طرق التطوريين فى الاستدلال التى يطبقونها فى أمثلتهم فليس أسهل من يحدثك التطورى بمصطلحات حمالة أوجه على غرار وظيفة biochemical function دون تحديد لماهيتها و طريقة حدوثها و لا أسهل من أن يقول لك ظهر جين جديد مثل alcohol dehydrogenase 2 لتكتشف أنه نسخة من alcohol dehydrogenase اخر موجود مسبقا فى الجينوم أو يقول لك أثبتنا تطور جين محرك النقل الجزيئى ديانين فى الجهاز التناسلى للذبابة لتكتشف أن دليله أن الجين يحمل تشفير الديانين الموجود فى أماكن أخرى و اشارة تنظيم للعمل فى الجهاز التناسلى و هذا بالنسبة له دليل دامغ على أن جين الديانين اندمج مع جين اخر يعمل فى الجهاز التناسلى تماما كحالة التربسينوجين و مضاد التجمد فى البنكرياس. ليس أسهل على التطورى أيضا من يلقى اليك مزاعم سوء التصميم و انخفاض الكفاءة و الحلول الترقيعية و الحلقات الانتقالية ليتضح بعد التدقيق عكس ذلك كله فيتحول الى كونها مخلفات صدفوية وظفها التطور أو استراتيجيات أنشأها الانتخاب الطبيعى ناهيك طبعا عن اثار الانتخاب الطبيعى التى يزعمون العثور عليها و التى هى فى الواقع التغيرات التى تحصل فى الأحماض الأمينية بعد أن ينسبوا حدوثها للانتخاب الطبيعى ثم يزعمون أنها دليل عليه و أنه عدلها لأنها الأفضل للوظيفة و كأن مصمما ما محرم عليه تعديل الأحماض الأمينية فى التسلسلات تبعا لوظائفها المختلفة! وفى النهاية طبعا فان التطورى سيلقى لك ما لذ و طاب من مصطلحات الصدفة و العشوائية متظاهرا بانها علم و ليست أيديولوجيا برغم أن البيانات تقول بعكس ذلك ثم سيهرب من أن ما أمامه نتج بالية ذكية الى القول بأن الالية الذكية نفسها نشأت بالعشوائية و الانتخاب! و طبعا ستسمع هراء من طراز "و لماذا لم يصنعه المصمم بطريقة أخرى – هل يخدعنا؟" الى اخر هذا الكلام الفارغ الذى يتظاهر بأنه اعتراض علمى ثم عندما يكتشف لماذا صنعها المصمم بهذه الطريقة سيقول أنها استراتيجية صنعها الانتخاب الطبيعى من أخطاء النسخ! ان الذى يخدعك هو الذى يوحى اليك بأن مصمما ما مطالب بتغيير الأشياء على مزاج نظرية التطور – الذى يخدعك هو الذى يريد أن يحدثك عن التشابهات للتغطية على أنه لا يملك أى الية حقيقية خارج نطاق القصص الخيالية ليفسر بها حدوث الاختلافات أو أى "ابتكار"
In any case, as a mechanism for the creation of novel motifs and protein domains, de novo recruitment of noncoding DNA would seem extremely improbable and implausible...Moreover, both the possibility and opportunity for beneficial changes leading to major functional innovations was found to be not especially convincing...The various postduplication mechanisms entailing random mutations and recombinations considered were observed to tweak, tinker, copy, cut, divide, and shuffle existing genetic information around, but fell short of generating genuinely distinct and entirely novel functionality. Contrary to Darwin's view of the plasticity of biological features, successive modification and selection in genes does indeed appear to have real and inherent limits: it can serve to alter the sequence, size, and function of a gene to an extent, but this almost always amounts to a variation on the same theme
Joseph Esfandiar Hannon Bozorgmehr "Is gene duplication a viable explanation for the origination of biological information and complexity?" Complexity Essays & Commentaries (22 December 2010)
أو كما عبر عالم الانزيمات التطورى الراحل دان تفيق: لكى تتطور الوظيفة يجب أن تكون موجودة ابتداءا
Once you have identified an enzyme that has some weak, promiscuous activity for your target reaction, it’s fairly clear that, if you have mutations at random, you can select and improve this activity by several orders of magnitude...What we lack is a hypothesis for the earlier stages, where you don’t have this spectrum of enzymatic activities, active sites and folds from which selection can identify starting points. Evolution has this catch-22: Nothing evolves unless it already exists.”
“Close to a miracle: Researchers are debating whether function or structure first appeared in primitive peptides" The American Society for Biochemistry and molecular biology Today 12, no. 9 (2013): 12–13
ما سبق (و كذلك ما هو قادم) لا ينطبق فقط على البروتينات المضادة للتجمد بل على كل شئ.
ملحق: كيف تسبح الأسماك فى السماء؟
الى الان فان كل ما تحدثنا عنه هو البروتينات المضادة للتجمد ذاتها و هى ما يهمنا للرد على مزاعم تطور الطيات البروتينية و لكن هناك مشكلة أخرى و هى أن التطورى بغض النظر عن أنه لم يثبت تطورها – فهو يتعامل و كأنها تعمل فى الفراغ و بمجرد تطور أحدها سيحدث التكيف المطلوب و هذا غير صحيح لأن هناك سياق تعمل فيه هذه البروتينات. و كثال بسيط تخيل جملة:
تسبح السمكة فى الماء.
حدثت فيها طفرة ادخال جعلتها:
تسبح السمكة فى السماء
التطورى هنا سيشير الى تحول كلمة الماء الى كلمة السماء و كلاهما كلمتان ذواتا معنى و سيتجاهل كم الطفرات التى كان من الممكن أن تجعل الجملة غير وظيفية و غير ذات معنى و كأن مجرد "انتخابنا" لهذا التغير ذو المعنى سيجعله هو الذى يحدث من بين الكم الضخم من التغيرات الأخرى الممكنة و سيتجاهل ما هى الموارد الاحتمالية المتاحة للتجربة و الخطأ و هل الأوقع هو أن تغييرها كان عمدا من الكاتب أم بخطأ نسخ غير مقصود و هو ما نتناقش فيه حتى الان – لكن ما لم نتناقش فيه هو أن الأسماك لا تسبح فى السماء أصلا بل لتصبح هذه جملة وظيفية قد تحتاج تعديلات أخرى لتصبح مثلا "تطير الطيور فى السماء" فالكلمة ليست شيئا معزلا عن سياق الجملة و البروتين ليس شيئا معزولا عن سياق الخلية و الكائن و التكيف كثيرا ما يكون أكبر من مجرد طفرة أو حتى بروتين بل قد يحتاج الى حزمة تغيرات متكاملة
فى حالتنا هذه توحى القصة التطورية بأنه بمجرد ظهور البروتين و بدء افرازه فى الدم مع زيادة برودة الجو سيبدأ فى اعطاء الاسماك الحاملة له ميزة فى البقاء لكن الحقيقة أنه سيصنع لها مشكلة كبيرة فى البقاء فمع انخفاض درجات الحرارة تزيد لزوجة الدم viscosity و هو ما يشكل عبئا على قدرة القلب على الضخ و على الدورة الدموية و افراز المزيد من البروتينات فى الدم للحماية من التجمد سيزيد اللزوجة أكثر و أكثر أى أنها مشكلة مضاعفة بسبب وجود مصدرين متزايدين للزوجة مما يعنى أن الكائن يحتاج الى حلول لهذه المشكلة بالتوازى مع ظهور (تطور) مضادات التجمد. تحل الأسماك هذه المشكلة بحلول جذرية تتراوح بين تقليل نسبة كرات الدم الحمراء و الهيموجلوبين فى الدم لتقليل لزوجته و بين التخلص من كرات الدم الحمراء و الهيموجلوبين بالكلية و الاعتماد على زيادة معدل ذوبان الأكسجين مباشرة فى الدم فى الأجواء الباردة. ترى هل كانت الطفرات تفهم الفيزياء حتى تستهدف المكونات التى تزيد اللزوجة و هى تعلم أن معدل الذوبان المرتفع فى البرودة سيعوضها؟ يشرح لنا عالم البيولوجيا التطورية شون كارول فى كتابه
Sean B. Carroll, The Making of the Fittest: DNA and the Ultimate Forensic Record of Evolution (2007) p. 24 - 26
كيف صاحب التخلص من الهيموجلوبين تغيرات أخرى لتعويض غيابه كتكبير حجم الخياشيم و الشعيرات الدموية و التخلص من قشور الجلد لصناعة أكبر سطح ممكن لتبادل الأكسجين مع البيئة مع تكبير كمية الدماء و حجم القلب لمساعدة تدويرها. يكمل كارول شارحا التغيرات الأخرى التى يجب أن تحدث بالتوازى مع انخفاض درجة الحرارة حتى على مستوى الخلية الواحدة
Even basic structures in each cell must be modified to adapt to life in the cold.
على سبيل المثال تحتوى الخلية على أنابيب دقيقة microtubules تصنع الهيكل الداخلى cytoskeeton الذى يعطى الخلية شكلها و يساعد فى عمليات النقل و التنظيم داخلها الى جانب دوره فى انقسام الخلية. البروتينات التى تصنع هذه الأنابيب تصبح غير مستقرة تحت 10 درجات مئوية و هو ما يعنى وفقا لكارول الموت الحتمى للكائن لولا مجموعة تعديلات فى الجينات التى تشفر مكونات الأنابيب الخاصة بأسماك المناطق الباردة. و هذا مجرد مثال فهناك جينات أخرى كثيرة يجب أن يتم تعديلها لتتم العمليات الحيوية فى هذه البرد
There are many more genes that have been modified so that all sorts of vital processes can occur in the subfreezing climate
ليختتم كارول بتشبيه الأمر بشخص قام بتغيير محرك السيارة و اختراع مضاد تجمد و تبديل الزيت و تضخيم مضخة الوقود و التخلص من بعض القطع الضرورية – كل هذا و السيارة تعمل و هو يسير بها مبديا اعجابه بعزم و براعة و اصرار المصمم – عفوا أقصد السمكة
The low temperature of Antarctic waters presents some great challenges to body physiology. Like the oil in my car during a Wisconsin winter, the viscosity of body fluids increases in the subfreezing Antarctic water temperatures, which would make them difficult to pump...As a resident of a cold climate, I have to admire the icefishes’ grit and ingenuity. We take various measures to keep our cars running on subzero Wisconsin days, but the icefish has managed to change its whole engine while the car was running. It invented a new antifreeze, changed its oil (blood) to a new grade with a remarkably low viscosity, enlarged its fuel pump (heart), and threw out a few parts along the way—parts that had been used in every model of fish for the past 500 million years.
يتقيأ علينا كارول بعد كل هذا الديباجة التطورية المعتادة فيخبرنا بثقة مطلقة أن هذا ليس تصميما و لا عملية غائية بل عملية مرتجلة و فوضوية و متعددة الخطوات و الدليل؟ مقارنة جينومات الأسماك. انه نفس أسلوب نظرية التطور الذى لا تملك غيره فى ضرب عرض الحائط بكافة قواعد العقل و المنطق و الرياضيات و الاحتمالات بناءا على مقرنات الجينات فطالما وجدت فروقا بين الجينات فهذا لديهم دليل على أنها من صنع عملية مرتجلة و فوضوية حتى لو كانت هناك أبحاث تعارض هذا الكلام كما ذكرنا فى مبحث التصميم. يشبه الأمر من يقارن بين اصدارين من برنامج حاسوبى ليرى فروقهما ثم بمجرد أن يرى مصدر هذه الفروق فى كود الرنامج و ملفات تشغيله يعتبر هذا دليلا على عدم وجود المبرمج! المدهش أن كارول نفسه و هو يتحدث عن الخطوات و التدرج اعتبر أن التعديلات الجينية المختلفة المطلوبة خطوة واحدة و "اختراع" البروتينات المضادة للتجمد خطوة أخرى برغم أن لا هذه و لا تلك ستحدث قفزة واحدة و الأدهى أنه قال أن هاتان الخطوتان يجب أن تحدثا فى البداية معا فى السلف المشترك لهذه الأسماك أما العملية التدرجية لديه فهى خسارة الهيموجلوبين و المايوجلوبين! التدرج كالعادة فى خسارة ما لم يعد ضروريا و ليس فى نشاة الضرورى و حتى فى هذه لم يصب كارول لأنه و مع بداية التجمد و الحاجة الى البروتين المضاد له يبدأ ارتفاع لزوجة الدم بسبب درجة الحرارة و بسبب افراز المضاد فتحتاج السمكة الى موازنة بين افراز المضاد و تقليل الهيموجلوبين (و ما يتبع ذلك من اثار كثيرة على الجسد) لادارة لزوجة الدم و سنرى مدى تعقيد هذه العملية أدناه أما فكرة وجود جينات أحفورية هذه قتلت ردا!
A timeline of icefish evolution. (Top) The changing geology of Southern landmasses brought about major changes in ocean currents and temperatures over the past 50 million years. (Bottom) One large group of fish, called the notothenioid fish, adapted to lower temperatures by evolving antifreeze, cold-stable tubulins, and a lower hematocrit. Eventually, globin genes were fossilized in the common ancestor of bloodless icefish. Drawing by Leanne Olds.
المدهش بعد كل هذا أن كارول يشتكى من العقل البشرى يبدو و كأنه مصمم خصيصا حتى لا يصدق الداروينية
It is almost as if the human brain were specifically designed to misunderstand Darwinism, and to find it hard to believe.
مع أن الرياضيات العادية كافية لاقناع البيولوجيين وفق كلامه! طبعا واضح أن مفهومه عن الرياضيات هو ما قام به بالأعلى – اعتبار عمليات انشاء متعددة الخطوات خطوة واحدة ثم اعتبار عمليات الفقد السهلة هى الخطوات التدريجية ناهيك عن أن أسماك القطبين قد تكيفت مع مكافحة التجمد بشكل مستقل بلا سلف مشترك! طبعا كارول يبهرنا بالفهم التطورى العميق لنظرية الاحتمالات و هو يستدل فى عكس الاتجاه الطبيعى للاستدلال بأن حدوث نفس الطفرات فى كائنات متباعدة بشكل مستقل دليل على أن احتمال حدوثها ليس بعيدا كما كنا نحسبه فى البداية! (تذكر مثال النرد الذى بدأنا به المقال – هذا هو مفهوم التطور للرياضيات و الاجتمالات)
The most profound surprise of all, though, is how evolution repeats itself. When species that have independently gained or lost similar traits are compared, we often find that evolution has repeated itself, at the level of the same gene, sometimes right down to the very same letter in the code of the same gene...The repetition of evolution is so pervasive that we are forced to change our thinking about the uniqueness of past events. The new DNA record tells us that the probabilities are in favor not only of species coming up with particular changes in DNA, but of multiple species coming up with the same particular solutions again and again.
Sean B. Carroll, The Making of the Fittest: DNA and the Ultimate Forensic Record of Evolution (2007)
و يتحفنا بالدليل العملى فى أحد مواضع كتابه و هو يحسب احتمال ظهور طفرة نقطية واحدة مفيدة فى بروتين موجود بالفعل فى جماعات حية مستقلة – طفرة نقطية واحدة مفيدة فى بروتين موجود بالفعل أصبحت دليلا على نشأة بروتينات من الصفر فى حالات بعض خطواتها غير مفيد أصلا بل و تغيرات متوازية أخرى فى الجينوم لاكمال الحزمة التكيفية ثم يقولون نقاد التطور يتجاهلون أدلتنا و يضخمون المشكلة الاحتمالية! و برغم من أنه حتى تبسيط كارول المخل لم ينقذ النموذج التدرجى فالمسألة فعلا أعقد من ذلك فمثلا ستلاحظ أن ملحمة البروتين المولود من الصفر تتحدث عن glycoprotein أى بروتين سكرى
و هذا يختلف عن البروتين العادى باضافة جزيئات من السكر glycans الى حمض الثريونين و هذه عملية معقدة تشارك فيها انزيمات متخصصة. التطورى كالعادة سيحاول التهرب بالقول بأن منظومة اضافة السكريات كانت موجودة بالفعل (تفسير المكونات كانت موجودة الذى لا يفسر شيئا) و أن كل ما هو مطلوب هو جزئ ثنائى السكر فقط وليس شيئا شديد التعقيد لكن الحقيقة أن القضية ليست أن ما سيتم تركبه فى البروتين جزئ سكر ثنائى صغير بل أن تعرف الخلية ذلك من بين كل الاحتمالات الممكنة فعدد التشعبات الممكنة لتركيب جزيئات السكر المختلفة معا عملاق بسبب كثرة أنواع السكر و امكان تركيب جزيئاته معا بطرق كثيرة متفرعة كالأشجار و ليس مجرد سلسلة خطية كالأحماض الأمينية مما يجعل عدد التركيبات الممكنة شديد الضخامة يتم الانتقاء منها ليس بالانتخاب الطبيعى و لكن بدوائر تحكم معقدة مشفرة فى الخلية. هذه الدوائر يجب أن تصلها الرسائل التنظيمية الصحيحة لتركيب الجزيئات السكرية الصحيحة فى البروتين الوافد الجديد من بين كل التركيبات الأخرى الممكنة. انها شفرة السكر sugar code التى لا يتحدث عنها التطوريون كثيرا لقناعتهم الخاطئة أن البروتينات هى كل شئ و أنهم فسروا البروتينات أصلا
Like nucleic acids and proteins, oligo- and polysaccharides are ubiquitous, and they are a biochemical platform for establishing molecular messages. Of note, the letters of the sugar code system (third alphabet of life) excel in coding capacity by making an unsurpassed versatility for isomer (code word) formation possible by variability in anomery and linkage position of the glycosidic bond, ring size and branching. The enzymatic machinery for glycan biosynthesis (writers) realizes this enormous potential for building a large vocabulary. It includes possibilities for dynamic editing/erasing as known from nucleic acids and proteins...Cooperation by writers, editors and erasers establishes a large vocabulary by using these letters.
Illustration of routes within mucin-type core 1/2 O-glycan biosynthesis. The functional meaning of these words of the glycan vocabulary is indicated by naming of examples for mammalian lectins that bind respective glycans.
Hans-Joachim Gabius et al., "What is the Sugar Code?" ChemBioChem: Volume 23, Issue 13 (July 5, 2022) e202100327
The length of O-GalNAc glycans may vary from a single GalNAc to more than 20 sugar residues
"Essentials of Glycobiology, 4th edition" (2022) Chapter 10 O-GalNAc Glycans
A vast number of naturally occurring sugars can be combined to create a variety of unique glycan structures on lipid and protein molecules that modulate their function. Multiple enzymatic site preferences, as well as the use of stereochemical α or β conjugations, create further diversity in where and how these sugars are linked to each other. In fact, altogether, these features imply the potential existence of ~10^12 different branched glycan structures...Perhaps the most diverse form of protein glycosylation is O-glycosylation, in which glycans attach to the oxygen atom of the hydroxyl groups of Ser (S) or Thr (T) residues. O-glycans can be further subclassified on the basis of the initial sugar attached to the protein and the additional sugar structures added to the initial glycan.
Colin Reily et al., "Glycosylation in health and disease" Nature Reviews Nephrology volume 15, pages346–366 (2019)
Here, the examples chosen to illustrate the functional complexity of carbohydrates will largely involve N-linked glycans, but the reader should know that this complexity extends to the other cellular glycans; i.e. protein O-linked glycans, glycolipids, GAGs, etc...While Figure 11 is a simple illustration for an N-linked glycoprotein, these regulatory networks also affect O-linked glycoproteins, GAGs, glycolipids, etc. resulting in global cellular and tissue-specific glycopatterns.
Russell W. Carlson et al., "The Complexity of Glycan Structures, Functions, and Origins" BioCosmos: New perspectives on the origin and evolution of life Volume 4 (2024): Issue 1 (January 2024)
هذا عن البروتين فقط و لكن ماذا عن باقى السمكة؟ بالتوازى مع "اختراع" البروتينات المضادة للتجمد يجب أن يحدث تعديل فى عمليات الترشيح و الفلترة فى الكلى للحفاظ على هذه البروتينات الصغيرة سهلة الفقد...طبعا هم بارعين جدا فى الحديث عن الميزة التى ستجعل الانتخاب الطبيعى يحتفظ بالتغير و كأن هذا تفسير لاحتمال حدوثه بالتوازى مع ظهور هذه البروتينات
The pattern of glomerular reduction is consistent with the hypothesis that the selective advantage of aglomerularism is in the urinary conservation of small molecular weight antifreeze glycopeptide compounds that are vital to survival in sub-zero Antarctic waters.
Eastman JT, Devries AL "Renal glomerular evolution in Antarctic notothenioid fishes" Journal of Fish Biology 29:649–62.
خسارة أو حتى مجرد تقليل كرات الدم الحمراء و البروتينات الموجودة فى الدم أمر مطلوب كما سبق و وضحنا لادارة مشكلة لزوجة الدم و لكن أيضا معناها تقليل/خسارة كبيرة موازية فى انزيم Carbonic anhydrase/CA الذى تحمله هذه الخلايا.هذا الانزيم مهم لخلايا و أنسجة مختلفة لكن ما يعنينا هنا هو فقده من الدم تحديدا اذ أن دوره هنا هو تنظيم درجة حموضة الدمph و المساعدة فى التخلص من ثانى أكسيد الكربون و الدور الأول أيضا قد يساعد فيه الهيموجلوبين المفقود مما يضاعف من حجم المشكلة و بالتالى بالتوازى مع هذه الخسائر فى القدرة على تنظيم حموضة الدم تم رفع تمثيل CA فى منطقة أخرى تصادف أن تكون هى الأمثل لأداء وظائفه المفقودة من الدم: الخياشيم حيث تعبر كميات ضخمة من الدم باستمرار و حيث الموقع الأمثل للمساعدة فى التخلص من ثانى أكسيد الكربون! ليس هذا فحسب بل تعديل CA نفسه لصناعة تنوعات isoforms خاصة منه لتلك الأسماك و تعديل بعض بروتينات الدم الأخرى لزيادة نسبة حمض الهستيدين فيها للمشاركة فى تنظيم الحامضية
The results suggest that the hemoglobinless teleost possesses a different branchial cytosolic CA isoform from that of red-blooded teleosts.
Maffia M., et al. (2001) Carbonic anhydrase activity in tissues of the icefish Chionodraco hamatus and of the red-blooded teleosts Trematomus bernacchii and Anguilla anguilla. Journal of Experimental Biology Volume 204, Issue 22 p:3983–92.
in the absence of RBC CA, icefish may be the only adult vertebrate in which CO2 excretion is driven exclusively by the paCA activity provided by the gill...Plasma proteins in Channichthys rhinoceratus, another icefish, are rich in imidazole-based histidine, a residue capable of reversibly binding H+, which probably contributes to the high βplasma[buffer capacity] in this species
Till S. Harter et al., "A solution to Nature’s haemoglobin knockout: a plasma-accessible carbonic anhydrase catalyses CO2 excretion in Antarctic icefish gills" Journal of Experimental Biology (2018) 221, jeb190918
لاحظ كيف دخلنا بسرعة فى دائرة من العوامل التى يؤثر بعضها على بعض و بالتالى من الأوقع تصور عدم نشأتها تدريجيا فانزيم CAب دوره يتأثر بدرجة حامضية الدم و التى عادة يمهدها له الهيموجلوبين Hb و لكن هذا فقد أيضا و لتعويض ذلك يجب مضاعفة كمية البلازما فى الدم (مضاعفة كمية الدم مع تقليل محتوياته لضمان عدم زيادة اللزوجة) و تعديل مستويات الأيض لتقليل المعدل الذى تدخل به المتغيرات الحامضية/القلوية الى الدم حتى نصنع بيئة التحفيز الملائمة للانزيم ليعمل فتكتمل الدورة – ولاعزاء للخطوة خطوة و التدرجية
The high βplasma in the icefish may be critical to support a high CA catalytic activity at the gill, by providing the H+ necessary for HCO3−dehydration in the plasma...Because of the large blood volume of icefishes, about 7.6% of body mass compared with 2–3% in other teleosts, and their low Hct (<1% compared with >25% in other teleosts), the total volume of plasma in icefishes is at least 3 times higher than that in most teleosts...Thus, per unit of animal mass, icefishes have a greater capacity to buffer metabolically produced H+ in their blood compared with most teleosts, despite lacking Hb. In combination with a low metabolic rate, and hence a lower release of CO2 and H+ to the plasma, βplasma in icefishes would seem adequate to sustain arterial–venous pH homeostasis and HCO3 − dehydration (as supported by experimental data), which is catalysed by the paCa4 isoform at the gill.
Hb is the largest H+ buffer within the RBC cytosol (in teleosts largely through the Bohr–Haldane effect) and the absence of Hb will have severely restricted the functional significance of RBC CA. Thus, the time course over which icefishes had to acquire paCA at the gill, to compensate for the reduction of RBC CA function, may have corresponded closely to the loss of Hb.
طبعا كالعادة التطورى لن يتوقف عن القاء الفرضيات يمينا و يسارا – ربما هو الانتخاب الطبيعى – ربما هى قدرة كامنة فى جينوم هذه الأسماك تم تفعيلها – ربما فقدان القيود الوظيفية التى مثلها وجود الهيموجلوبين هو السبب و كأن الطفرات تفهم معنى القيود الوظيفية لتعلم أين تضرب و متى بعد رفع القيود الوظيفية لتصنع شيئا ينتقيه الانتخاب و لتتم هذه المسألة بالتوازى مع فقد الهيموجلوبين عوضا عن التدرج مما يزيد تعقيد المشكلة الاحتمالية حتى حال وجود الفائدة. كل هذا و نحن نتحدث عن كيفية حدوث خطوة من خطوات الفقد فما بالك بالبناء!
In conclusion, the natural knockout of Hb in Antarctic icefishes had profound consequences for cardiovascular O2 transport and resulted in fascinating adaptations that compensate for the reduction in O2-carrying capacity of the blood. In addition, results from the present study show that the reduction of RBCs and the associated loss of CA catalytic activity in the blood of icefishes led to a divergent strategy of CO2 excretion. While paCA is functionally absent at the gills of all other teleosts, icefishes may have re-expressed this trait and, unlike the situation in any other vertebrate studied to date, in icefishes, the CA catalytic activity required for CO2 excretion is provided exclusively by the gills.
Till S. Harter et al., "A solution to Nature’s haemoglobin knockout: a plasma-accessible carbonic anhydrase catalyses CO2 excretion in Antarctic icefish gills" Journal of Experimental Biology (2018) 221, jeb190918
و ما أسمته الورقة السابقة تكيفات مبهرة fascinating adaptations ليست الوحيدة فزيادة كمية الدم و تغير لزوجته فى مقابل خسارة وظائف الهيموجلوبين كناقل أكسجين تتطلب تعديلات على الدورة الدموية ككل لزيادة مساحة تبادل الغازات التنفسية مع الأنسجة خاصة الأنسجة مرتفعة الحاجة كالعيون و العضلات و لزيادة قدرة القلب على ضخ كميات أكبر بكثير من الدماء فى الضربة الواحدة و تقليل مقاومة الأوعية الدموية لهذه الكميات المرتفعة
a very specialized high volume pump, able to displace relatively high volumes of blood at high flow rates and low pressures
Tota B, Acierno R, Agnisoloa S (1991) Mechanical performance of the isolated and perfused heart of the haemoglobinless Antarctic icefish Chionodraco hamatus (Lonnberg): Effects of loading conditions and temperature. Philos Trans R Soc. Lond. B 332:191–98
Fitch NA, Johnston IA, Wood RE (1984) Skeletal muscle capillary supply in a fish that lacks respiratory pigments. Respir Physiol 57:201–11.
Wujcik JM. Et al., (2007) Morphometry of retinal vasculature in Antarctic fishes is dependent upon the level of hemoglobin in circulation. J Exp Biol 210(Pt 5):815–24.
Tota B, Cerra MC, Mazza R, Pellegrino D Icardo J (1997) The heart of the Antarctic icefish as paradigm of cold adaptation. J Therm Biol 22:409–417.
طبعا يحاول التطوريون تجاهل كل هذا و التركيز فقط على تضخم القلب و مقارنته ببعض الحالات المرضية و كأن باقى التغيرات لم تكن و لكن حتى فى حالة القلب استدلالهم غير صحيح لأن هذا موجود فى البرنامج النمائى الأصلى للسمكة و بالتبعية يختلف عن ردود الفعل المرضية التى يحاول التطوريون الاستدلال بها. أضف الى ذلك أن الحالات التى يستدلون بها فى الأجنة البشرية و تتجاهل أن الجنين يعتمد بدرجة كبيرة على الأم أثناء الحمل فى الحصول على الاكسجين و التخلص من ثانى أكسيد الكربون و تنقية الدم بل و تحتاج هذه الحالات الى تدخل طبى و تعانى من اعاقات بينما لا توجد منظومة حمل لدى الأسماك تتيح للصغير الاعتماد على الأم لحين تطوير ردة الفعل التعويضية المطلوبة ناهيك عن اختلاف جذرى بين تضخم القلب كردة فعل مرضية و بين تضخمه فى حالات هذه الأسماك ففى حالة الأسماك المسألة ليست مجرد تضخم فى عضلة القلب بل ان الخلايا العضلية القلبية Cardiomyocytes ذاتها خضعت للتعديل لتعويض تأثيرات البيئة الباردة و نقص الهيموجلوبين بزيادة كمية الميتوكوندريا مما قلل المساحة المتاحة لوجود البروتينات المسؤولة عن الانقباض فتم تعويض ذلك بزيادة عدد الخلايا العضلية مما قاد الى تضخم القلب بالتوازى مع تعديلات على أنسجة القلب و تصميمه لمواءمتها مع نطاق صغير من المواصفات الملائمة للمتطلبات الوظيفية للبيئة الجديدة و الدورة الدموية المعدلة
the mitochondrial compartments in these icefish are larger than in any vertebrate. The space devoted to mitochondria appears to be at the expense of force generating elements...the low environmental temperatures experienced by these animals, presents particular problems with respect to metabolite diffusion. In ice fish, these are compounded by the lack of haemoglobin and low myocardial myoglobin concentrations...which may compromise oxygen delivery to the myocardial cells. The remarkable proliferation of mitochondria in the myocytes of some icefish probably compensates for diffusional limitations and so maintains functional levels of ATP synthesis...the high mitochondrial densities found in the oxidative fibres may serve to decrease mean intracellular diffusion distance
A closer look at the morphofunctional design of the icefish heart reveals that the ventricular enlargement attained by a spongy type of myoarchitecture is the only structural arrangement compatible with a cardiac performance characterized by large ventricular filling at relatively low pressure-high ventricular compliance and by large stroke volumes at low afterloads. This arrangement is well complemented by the structural characteristics of the bulbus arteriosus that indicate extreme distensibility and important endocrine properties, as revealed by the ANP-binding sites of the wall. The cardiomegaly of the spongy type represents a well-balanced increased of myocardial trabeculum and intertrabecular lacunary spaces, for which large ventricular volume loads can be adjusted with low stress on the myocardial fibres. The maintenance of low stress during systole prevents increased mechanical demands upon the contractile apparatus, and should thus prevent, at the ultrastructural level, the discrepancy between the low myofibrillar endowment and the very large mitochondrial compartment necessary for increasing intracellular diffusion capacity. Hence, for this kind of ventricular chamber, it is impossible to face the relatively high wall stresses required to pump blood in a circulatory tree with high resistance. Both structural and mechanical data indicate that type of cardiomegaly without true hypertrophy can only be functional in a very narrow spectrum of compensations. This in turn mirrors the very specialized eco-physiological traits of the icefish that can be successful in the very stable and unique antarctic environment.
Tota B. et al., (1991) Structural and mechanical characteristics of the heart of the icefish Chionodraco hamatus. In: Di Priso G, Maresca B, Tota B, eds. Biology of Antarctic Fish. Springer-Verlag (Berlin) pp. 204–19.
كل هذا و التطورى يحاول أن يجعلك تعيش فى عالم الخطوات البسيطة و التغيرات التى لا تحتاج الى أن تحدث معا و بروتين مضاد التجمد الذى سيتطور و يفرز فى الدم فتنتهى المشكلة. بعضهم ينظر الى النطاق الواسع من تكيفات الأسماك مع بيئات و درجات حرارة متباينة و يحاول أن يوحى لك بان هذه حلقات انتقالية نحو بعضها البعض بينما هى فى الواقع تصميمات مرتبطة بتنوع و تدرج الظروف البيئية فالمياه ليست اما دافئة أو متجمدة بل بين ذلك درجات كل يحتاج الى مستوى معين من التكيف و هو ما علقنا عليه سابقا و نحن نناقش أحافير الأسماك و البرمائيات. الطريف أن تسمية هذه الدرجات المتنوعة من التكيفات حلقات انتقالية لا تحل مشكلة أن الوصول من كل منها الى الاخر لازال يتطلب تعديلات متوازية لكل الأنظمة سابقة الذكر فالتطورى مثلا سينظر الى السمكة التى تنتج مضاد التجمد و لم تخسر الهيموجلوبين/كرات الدم الحمراء ليعتبرها خطوة انتقالية نحو تلك التى خسرت الهيموجلوبين بالكلية دون مراعاة لأن حلقته الانتقالية المزعومة هذه تواجه نفس مشكلة التغيرات المتزامنة المطلوبة لموازنة مستويات الهيموجلوبين مع مضاد التجمد للحفاظ على لزوجة الدم و مواجهة عواقب انخفاض معدلات الهيموجلوبين من جهة و تأثيرات انخفاض الحرارة الأخرى سابقة الذكر من جهة أخرى.
بل و الأسوأ من ذلك هو ما يسمونه التأقلم acclimation و الذى هو قدرة الكائن على الانتقال بين أنماط تكيفية مختلفة خلال حياته للتأقلم مع الظروف التى يتعرض لها كقدرة بعض الأسماك على تفعيل السمات الملائمة للبيئة الباردة أو الدافئة eurythermal حسب ما تتعرض له مقابل التكيف adaptation الذى هو عملية مستدامة يتحول فيه الكائن الى التكيف مع نمط حياة مستدام فى بيئة حارة أو باردة. و انه لمن الأعاجيب أن التطوريين يحاولون الايحاء للناس بأن هذه الكائنات دليل على التطور كون لديها برامج تكيفية تصلح لكلا الطقسين ثم تخصصت فى أحدهما فلا هم فسروا كيفية نشاة التكيفات و ما تحتاجه من تعديلات متوازية بل أضافوا عبئا تفسيريا جديدا و هو ضرورة نشأة اليات و برامج التحكم و التفعيل لهذه التكيفات وفق استشعار البيئة كبرامج التحكم فى كمية مضادات التجمد المفرزة وفق درجة الحرارة وضبط لزوجة الدم و مواجهة انخفاض معدل ذوبان الأكسجين فيه مع ارتفاع درجة حرارته باطلاق كرات الدم الحمراء المخزنة فى الطحال بل و تعديل أداء القلب ذاته لمواكبة التغيرات بل و الأخطر من ذلك أن بعض الأسماك القطبية التى تعيش فى مياه باردة لازالت تحتفظ بهذه البرامج التكيفية برغم أنها لا تحتاج اليها
The compensation of cardiac and swimming performance in P. borchgrevinki with thermal acclimation is contrary to the general dogma that Antarctic fish are stenothermal and highly specialised to the very stable and cold waters of the Antarctic. Evolutionary theory predicts that specialisation to a narrow set of environmental conditions will result in a decrease in capacity for an organism's phenotype to change in response to environmental change and variability. Antarctic fish from high latitudes are often regarded as the archetypal thermal specialists. However, the ability of P. borchgrevinki to thermally acclimate and in so doing increase performance breadth over a range of temperatures not experienced on an annual basis, calls for a re-evaluation of the basis of thermal specialisation in Antarctic fish.
Franklin CE, Davison W, Seebacher F (2007) Antarctic fish can compensate for rising temperatures: Thermal acclimation of cardiac performance in Pagothenia borchgrevinki. J Exp Biol 210:3068–74
Davison W, Franklin DE, McKenzie JC (1994) Haematological changes in an Antarctic teleost, Trematomus bernacchii, following stress. Polar Biol 14:463–466.
Jin Y, DeVries AL (2006) Antifreeze glycoprotein levels in Antarctic notothenioid fishes inhabiting different thermal environments and the effect of warm acclimation. Comp Biochem Physiol Part B Biochem Mol Biol 144:290–300.
طبعا تسمية شئ ما "مرونة تطورية” plasticity و ذكر فوائده ليس شرحا لكيف نشأ و محاولة ايجاد تبريرات لاحتفاظ الأسماك بهذه البرامج التكيفية من أسلافها بأنها ربما تتعرض لتيارات دافئة من حين لاخر ليس تفسيرا أصلا لكيف نشات هذه البرامج فى الأسلاف المفترضة!
ما سبق يوضح لك كيف أن اضافة بروتين (بفرض تطوره) أو حذف اخر ليسا تغيرات مستقلة تحدث فى الفراغ كجزر منعزلة عن بعضها بالطريقة التى يوحى بها لك التطورى. اخترعنا بروتين يفرز فى الدم – مهلا سيفقد بالافراز من الكلى – عدلنا الكلى لنحافظ عليه فى الدم مهلا لزوجة الدم تأثرت – خفضنا كرات الدم الحمراء أو تخلصنا منها لضبط اللزوجة – مهلا انزيم CA المهم فقد – فعلناه فى الخياشيم – مهلا بيئة الدم غير صالحة لعمله بسبب فقد تأثير الهيموجلوبين على الحامضية – ضاعفنا كمية الدم – مهلا الدورة الدموية الحالية غير معدة للتعامل بهذه الطريقة – كبرنا الشعيرات الدموية و كثفنا التغذية – مهلا قلبى الصغير لا يحتمل – كثرنا الميتوكوندريا فى الخلايا القلبية لحل المشكلة – مهلا جاء هذا على حساب المساحة المتاحة للقوة العضلية – زودنا الخلايا للتعويض و كبرنا القلب و أعدنا هيكلة الية عمله و استجابته للضغوط. طبعا الى جانب تعديلات بروتين الأنابيب microtubules و ما خفى كان أعظم. و على ذكر الأنابيب التى تفضل علينا كارول بالمرور عليها مرور الكرام يمكنك القاء نظرة على عدد العائلات المختلفة من البروتينات التى تشارك فى بناءها و تنظيمها لتدرك من جديد كيف أن كل تغير يحدثك عنه التطورى غالبا سيتطلب تغيرات أخرى متوازية
Wout Oosterheert et al., "Structural insights into actin filament turnover" Trends in Cell Biology Review Volume 35, Issue 10 p893-906 (October 2025)
و نكرر من جديد أن هدف هذه المناقشة و هذا التفصيل ليس هو الرد على الاستدلال بمضاد التجمد فى الأسماك و لكن توضيح كيف أن الكثير من التكيفات و الوظائف التى قد تبدو بسيطة ليست جزر منعزلة بل قد تكون لها تأثيرات كثيرة فى أنظمة متداخلة يعتمد بعضها على بعض و هذا حال الأغلبية العظمى من السمات فى الكائنات الحية فاذا كان ما سبق هو الحال مع بروتين يعمل منفردا فما بالك ببروتينات لا تعمل منفردة بل تلتحم مع غيرها لصناعة الات جزيئية أو مجمعات عمل (هذه المجمعات تحتاج أجزاء اضافية كالرنا الذى يجمعها معا) أو التى تعمل كجزء من مسار/دورة pathway/cycle حيث يقوم البروتين بخطوة من المسار ثم يقوم بروتين اخر بالخطوة التالية و هكذا.
و اذا كان هذا هو حال بروتين لا يحتاج الى تطوى أو يعمل بتطويات موجودة مسبقا و يفرز فى الدم ليعاد تدويره فى الكبد و الكلى مع دورة الدم الموجودة بالفعل فما بالك بنشأة التطويات و البروتينات التى تساعد البروتينات على التطوى chaperones و البروتينات التى تساعد على التخلص من البروتينات الغير مطلوبة ubiquitin/protease و البروتينات التى يتم شحنها الى أماكن محددة للقيام بعملها ناهيك عن مسارات التفاعلات التى يتألف كل منها من عدة انزيمات كل واحد يقوم بخطوة ثم يسلم مخرجاته للتالى ليعمل عليها. كل هذه التغيرات التى يجب أن تحدث بشكل متوازى ينسبها التطورى بجرة قلم الى أخطاء النسخ العشوائية و كأن مجرد وجود الصفة دليل على أن التطور صنعها و كأن مجرد حدوث أخطاء نسخ معناه أن كل شئ أخطاء نسخ! حتى كلام التطوريين عن الدمج و اعادة الاستخدام co-option لا يعدو كونه هروبا من تفسير كيفية نشأة الشئ بالقول أنه كان موجودا ثم أعاد التطور استخدامه ناهيك عن أنه أصلا لا يحل المشكلة فحتى على التسليم بوجود الأجزاء (الذى لا يفسر نشأتها) هل قفزت كلها دفعة واحدة الى أماكنها فى النظام الجديد أم أنها الخطوة خطوة التى رأينا بوضوح أنها-عند التدقيق-لا تعمل؟
و لاتنسى عزيزى القارئ بعد كل هذا أن التطور حقيقة علمية تثبته الاف الأوراق العلمية و أن لدينا مئات الأمثلة على صفات و بروتينات أنتجها التطور و أن دوبجانسكى قال أن لا شئ فى البيولوجيا يمكن فهمه الا فى ضوء التطور و أن سير بيتر مدوار قال أن البديل عن التفكير التطورى هو عدم التفكير أصلا!
Comments