Artigo Publicado No Journal of Theoretical Biology Explicitamente Apoia O Design Inteligente

Evolution News | @DiscoveryCSC

5 de outubro de 2020

Como John West observou aqui na semana passada , o Journal of Theoretical Biology publicou um artigo explicitamente pró-design inteligente, “Usando métodos estatísticos para modelar o ajuste fino de máquinas e sistemas moleculares”. Vamos dar uma olhada no conteúdo. O artigo é matemático, discutindo modelos estatísticos de fazer inferências, mas também é inovador por este motivo crucial: ele considera e propõe o design inteligente, pelo nome, como uma explicação viável para a origem do “ajuste fino” na biologia. Este é um grande avanço para a ciência, mas também para a liberdade de expressão. Se o artigo for qualquer indicação, aparecendo como aparece em um importante jornal revisado por pares, algumas das restrições sufocantes na defesa do DI podem estar desaparecendo.

Os autores são Steinar Thorvaldsen, professor de ciência da informação na Universidade de Tromsø, na Noruega, e Ola Hössjer, professor de matemática estatística na Universidade de Estocolmo. O artigo, que é de acesso aberto, começa observando que, embora o ajuste fino seja amplamente discutido na física, ele precisa ser considerado mais no contexto da biologia:

O ajuste fino tem recebido muita atenção na física e afirma que as constantes fundamentais da física são perfeitamente ajustadas a valores precisos para uma rica química e permissão de vida. Ainda não foi aplicado de maneira ampla à biologia molecular.

Os autores explicam o principal impulso do artigo:

No entanto, neste artigo, argumentamos que os sistemas biológicos apresentam ajuste fino em diferentes níveis, por exemplo, proteínas funcionais, máquinas bioquímicas complexas em células vivas e redes celulares. Este artigo descreve o ajuste fino molecular, como pode ser usado em biologia e como desafia o pensamento darwiniano convencional. Também discutimos os métodos estatísticos que sustentam o ajuste fino e apresentamos uma estrutura para tal análise.

Eles explicam como o ajuste fino é definido. A definição é essencialmente equivalente à complexidade especificada:

Definimos ajuste fino como um objeto com duas propriedades: deve a) ser improvável de ter ocorrido por acaso, sob a distribuição de probabilidade relevante (isto é, complexo) e b) estar em conformidade com uma especificação independente ou separada (isto é, específica).

Em seguida, eles introduzem o conceito de “design” e explicam como os humanos são inatamente capazes de reconhecê-lo:

Um projeto é uma especificação ou plano para a construção de um objeto ou sistema, ou o resultado dessa especificação ou plano na forma de um produto. O próprio termo design vem da palavra latina medieval “designare” (denotando “marcar, apontar, escolher”); de “de” (saída) e “signum” (marca de identificação, sinal). Conseqüentemente, um edital que divulgue algo ou forneça informações. O design geralmente deve satisfazer certos objetivos e restrições. Também se espera que ele interaja com um determinado ambiente e, assim, seja realizado no mundo físico. Os seres humanos têm uma compreensão intuitiva poderosa do design que precede a ciência moderna. Nossas intuições comuns invariavelmente começam com o reconhecimento de um padrão como uma marca de design. O problema é que nossas intuições sobre o design não eram refinadas e eram pré-teóricas. Por essa razão, é relevante nos perguntarmos se é possível virar o jogo sobre essa disparidade e colocar essas intuições grosseiras e pré-teóricas sobre uma base científica sólida.

Essa última frase é a chave: o objetivo é entender se existe um método científico pelo qual o design pode ser inferido. Eles propõem que o design pode ser identificado revelando o ajuste fino. O artigo explica os métodos estatísticos para a compreensão do ajuste fino, que eles argumentam que reflete o “design”:

O ajuste fino e o design são entidades relacionadas. O ajuste fino é um método de baixo para cima, enquanto o design é mais como uma abordagem de cima para baixo. Assim, focamos no tópico de ajuste fino no presente artigo e abordamos as seguintes questões: É possível reconhecer o ajuste fino em sistemas biológicos nos níveis de proteínas funcionais, grupos de proteínas e redes celulares? O ajuste fino em biologia molecular pode ser formulado usando métodos estatísticos de última geração ou os argumentos são apenas “aos olhos de quem vê”?

Eles citam o trabalho de vários teóricos importantes na comunidade de pesquisa do DI.

Ajuste fino como uma resposta ao princípio de Copérnico

Eles retornam à física e ao “princípio antrópico”, a ideia de que as leis da natureza são precisamente adequadas para a vida:

Suponha que as leis da física fossem um pouco diferentes do que realmente são, quais seriam as consequências? (Davies, 2006). … As chances de que o universo permita a vida são tão infinitesimais que são incompreensíveis e incalculáveis. … O universo perfeitamente ajustado é como um painel que controla os parâmetros do universo com cerca de 100 botões que podem ser ajustados para certos valores. … Se você girar qualquer botão um pouco para a direita ou para a esquerda, o resultado é um universo inóspito para a vida ou nenhum universo. Se o Big Bang tivesse sido apenas um pouco mais forte ou mais fraco, a matéria não teria se condensado e a vida nunca teria existido. As chances de nosso universo se desenvolver eram “enormes” – e, no entanto, aqui estamos, um ponto que equivale a implicações religiosas …

No entanto, ao invés de entrar na religião, eles aplicam estatísticas para considerar a possibilidade de “design” como uma explicação para o ajuste fino do universo. Eles citam o teórico do DI William Dembski:

William Dembski… considera o argumento do ajuste fino como sugestivo, como ponteiros para o design subjacente. Podemos descrever essa inferência como raciocínio abdutivo ou inferência para a melhor explicação. Esse raciocínio produz uma conclusão plausível que é relativamente provável de ser verdadeira, em comparação com hipóteses concorrentes, dado nosso conhecimento de fundo. No caso do ajuste fino de nosso cosmos, o design é considerado uma explicação melhor do que um conjunto de multi-universos que carece de qualquer evidência empírica ou histórica.

O artigo oferece razões adicionais pelas quais o multiverso é uma explicação insatisfatória para o ajuste fino – ou seja, que “as hipóteses do multiverso não prevêem o ajuste fino para este universo em particular melhor do que a hipótese de um único universo” e “deveríamos preferir as teorias que melhor prevêem (para este ou qualquer universo) os fenômenos que observamos em nosso universo. ”

Ajuste fino em biologia

O artigo analisa as linhas de evidência para o ajuste fino em biologia, incluindo informações, complexidade irredutível, evolução de proteínas e o “problema do tempo de espera”. Ao longo do caminho, ele considera os argumentos de muitos teóricos do DI, começando com uma breve revisão mostrando como a literatura usa palavras como “código de sequência”, “informação” e “máquina” para descrever a complexidade da vida:

Uma das descobertas surpreendentes da biologia moderna foi que a célula opera de maneira semelhante à tecnologia moderna, enquanto a informação biológica é organizada de maneira semelhante ao texto simples. Palavras e termos como “código de sequência”, “informação” e “máquina” têm se mostrado muito úteis para descrever e compreender a biologia molecular (Wills, 2016). Os blocos básicos de construção da vida são proteínas, moléculas semelhantes a cadeias longas que consistem em combinações variadas de 20 aminoácidos diferentes. As máquinas bioquímicas complexas geralmente são compostas de muitas proteínas, cada uma delas dobrada e configurada em uma estrutura 3D exclusiva, dependendo da sequência exata dos aminoácidos dentro da cadeia. As proteínas empregam uma ampla variedade de dobras para realizar sua função biológica, e cada proteína tem uma forma altamente especificada com algumas pequenas variações.

O artigo cita e revisa o trabalho de Michael Behe, Douglas Axe, Stephen Meyer e Günter Bechly. Algumas dessas discussões são bastante longas e extensas. Primeiro, o artigo contém uma explicação lúcida da complexidade irredutível e da obra de Michael Behe:

Michael Behe e outros apresentaram ideias de design em biologia molecular e publicaram evidências de “máquinas bioquímicas irredutivelmente complexas” em células vivas. Em seu argumento, algumas partes dos sistemas complexos encontrados na biologia são extremamente importantes e afetam a função geral de seu mecanismo. O ajuste fino pode ser delineado por meio das partes vitais e interativas dos organismos vivos. Em “Darwin’s Black Box” (Behe, 1996), Behe exemplificou sistemas, como a bactéria flagelo usa para nadar e a cascata de coagulação do sangue, que ele chamou de irredutivelmente complexa, configurada como um notável trabalho em equipe de vários (muitas vezes dezenas ou mais) proteínas interagindo. É possível em um modelo incremental que tal sistema possa evoluir para algo que ainda não existe? Muitos sistemas biológicos não parecem ter um predecessor funcional viável a partir do qual poderiam ter evoluído gradativamente, e a ocorrência em um salto ao acaso é extremamente pequena. Para reformular o primeiro homem na lua: “Não são pequenos passos de proteínas, nenhum salto gigante para a biologia”.

[…]

Um sistema de complexidade irredutível Behe foi mencionado na Seção 3. Ele é composto de vários módulos interativos bem combinados que contribuem para a função básica, em que a remoção de qualquer um dos módulos faz com que o sistema efetivamente cesse de funcionar. Behe não ignora o papel das leis da natureza. A biologia permite mudanças e modificações evolutivas. A evolução está aí, o design irredutível está aí, e ambos são observados. As leis da natureza podem organizar a matéria e forçá-la a mudar. O que Behe quer dizer é que existem alguns sistemas irredutivelmente complexos que não podem ser produzidos pelas leis da natureza:

“Se uma estrutura biológica pode ser explicada em termos dessas leis naturais [reprodução, mutação e seleção natural], então não podemos concluir que ela foi projetada. ... no entanto, eu mostrei por que muitos sistemas bioquímicos não podem ser construídos pela seleção natural trabalhando em mutações: nenhuma rota direta e gradual existe para esses sistemas complexos irredutíveis, e as leis da química trabalham fortemente contra o desenvolvimento não direcionado dos sistemas bioquímicos que fazem as moléculas como AMP1 ”(Behe, 1996, p. 203).

Então, mesmo que as leis naturais trabalhem contra o desenvolvimento dessas “complexidades irredutíveis”, elas ainda existem. A forte sinergia dentro do complexo proteico torna-o irredutível a um processo incremental. Elas devem ser reconhecidas como condições iniciais ajustadas das sequências de proteínas constituintes. Essas estruturas são exemplos biológicos de nanoengenharia que superam qualquer coisa que os engenheiros humanos criaram. Tais sistemas representam um sério desafio para uma explicação darwiniana da evolução, uma vez que sistemas irredutivelmente complexos não têm séries diretas de intermediários selecionáveis e, além disso, como vimos na Seção 4.1, cada módulo (proteína) é de baixa probabilidade por si só.

O artigo também analisa a pesquisa revisada por pares do cientista de proteínas Douglas Axe, bem como seu livro de 2016, Undeniable, sobre a capacidade de evolução das dobras de proteínas:

Um objetivo importante é obter uma estimativa da prevalência geral de sequências que adotam dobras proteicas funcionais, ou seja, a estrutura dobrada à direita, com a dinâmica correta e um sítio ativo preciso para sua função específica. Douglas Axe trabalhou nessa questão no Medical Research Council Center em Cambridge. Os experimentos que ele realizou mostraram uma prevalência entre 1 em 10 ⁵⁰ a 1 em 10 ⁷⁴ de sequências de proteínas formando uma dobra de tamanho de domínio de trabalho de 150 aminoácidos (Ax, 2004). Portanto, as proteínas funcionais requerem sequências altamente organizadas, como ilustrado na Fig. 2. Embora as proteínas tolerem uma gama de aminoácidos possíveis em algumas posições na sequência, um processo aleatório que produz cadeias de aminoácidos deste comprimento tropeçaria em apenas uma proteína funcional cerca de uma em cada 10 ⁵⁰ a 10 ⁷⁴tentativas devido à variação genética. Este resultado empírico é bastante análogo à inferência da física ajustada.

[…]

O espaço de busca acaba sendo impossivelmente vasto para que a seleção cega tenha uma pequena chance de sucesso. A visão contrastante é inovações baseadas em engenhosidade, esperteza e inteligência. Um elemento disso é o que Axe chama de “coerência funcional”, que sempre envolve planejamento hierárquico, portanto, é um produto de ajuste fino. Ele conclui: “A coerência funcional torna a invenção acidental fantasticamente improvável e, portanto, fisicamente impossível” (Axe, 2016, p. 160).

Eles concluem que a literatura mostra que “a probabilidade de encontrar uma proteína funcional no espaço de sequência pode variar amplamente, mas geralmente permanece muito além do alcance dos processos darwinianos (Ax, 2010a).”

Citando o trabalho de Günter Bechly e Stephen Meyer, o artigo também analisa a questão de saber se o registro fóssil concede tempo suficiente para que sistemas complexos surjam por meio de mecanismos darwinianos. Isso é conhecido como o “problema do tempo de espera”:

Atingindo o ajuste fino em um modelo darwiniano convencional: o problema do tempo de espera

Nesta seção, iremos elaborar mais sobre a conexão entre a probabilidade de um evento e o tempo disponível para que esse evento aconteça. No contexto dos sistemas vivos, precisamos perguntar se os mecanismos darwinianos convencionais têm a capacidade de alcançar o ajuste fino durante um determinado período de tempo. Isso é interessante para interpretar corretamente o registro fóssil, que muitas vezes é interpretado como tendo longos períodos de estase interrompidos por mudanças abruptas muito repentinas (Bechly e Meyer, 2017). Exemplos de tais mudanças repentinas incluem a origem da fotossíntese, as explosões cambrianas, a evolução de olhos complexos e a evolução do voo animal. Acredita-se que as mudanças genéticas que acompanham ocorreram muito rapidamente, pelo menos em uma escala de tempo macroevolutiva, durante um período de tempo t. Para testar se isso é possível, um modelo matemático é necessário para estimar a prevalência P ( A ) do evento A em que as mudanças genéticas necessárias em uma espécie ocorrem dentro de uma janela de tempo de comprimento t.

Ao longo das discussões, há várias citações do BIO-Complexity, um jornal dedicado a investigar as evidências científicas do design inteligente.

Uma Séria Consideração do Design Inteligente

Por fim, os autores consideram o design inteligente como uma possível explicação do ajuste fino biológico, citando fortemente o trabalho de William Dembski, Winston Ewert, Robert J. Marks e outros teóricos do DI:

O Design Inteligente (ID) tem ganhado muito interesse e atenção nos últimos anos, principalmente nos EUA, por chamar a atenção do público, bem como desencadear discussões vívidas no mundo científico e público. O DI visa aderir aos mesmos padrões de investigação racional de outros empreendimentos científicos e filosóficos, e está sujeito aos mesmos métodos de avaliação e crítica. O DI tem sido criticado, tanto por sua lógica subjacente quanto por suas várias formulações (Olofsson, 2008; Sarkar, 2011).

William Dembski propôs originalmente o que chamou de “filtro explicativo” para distinguir entre eventos devido ao acaso, regularidade legal ou design (Dembski, 1998). Visto em um nível suficientemente abstrato, sua lógica é baseada em princípios e técnicas bem estabelecidas da teoria de teste de hipótese estatística. No entanto, é difícil de aplicar a muitas aplicações ou contextos biológicos interessantes, porque um grande número de cenários potenciais, mas desconhecidos, podem existir, o que torna difícil formular uma hipótese nula para um teste estatístico (Wilkins e Elsberry, 2001; Olofsson, 2008 )

A versão reformulada de uma medida de complexidade publicada por Dembski e seus colegas de trabalho é chamada de Complexidade Especificada Algorítmica (ASC) (Ewert et al., 2013; 2014). O ACS incorpora medidas de complexidade de Shannon e Kolmogorov e quantifica o grau em que um evento é improvável e segue um padrão. A complexidade de Kolmogorov está relacionada à compressão de dados (e, portanto, de padrões), mas sofre da propriedade de ser incognoscível, pois não existe um método geral para computá-la. No entanto, é possível fornecer limites superiores para a complexidade de Kolmogorov e, conseqüentemente, o ASC pode ser limitado sem ser calculado exatamente. ASC é baseado no contexto e é medido em bits. Os mesmos autores aplicaram esse método para linguagem natural, ruído aleatório, dobramento de proteínas, imagens etc. (Marks et al., 2017).

[…]

As leis, constantes e condições iniciais primordiais da natureza apresentam o fluxo da natureza. Esses objetos puramente naturais descobertos nos últimos anos mostram a aparência de serem deliberadamente ajustados. Proteínas funcionais, máquinas moleculares e redes celulares são improváveis quando vistas como resultados de um modelo estocástico, com uma distribuição de probabilidade relevante (tendo um pequeno P ( A )), e ao mesmo tempo eles estão em conformidade com uma especificação independente ou separada (o conjunto A é definido em termos de especificidade). Esses resultados são importantes e deduzidos de fenômenos centrais da ciência básica. Tanto na física quanto na biologia molecular, o ajuste fino surge como um princípio de união e síntese – uma observação interessante por si só.

Neste artigo, argumentamos que uma análise estatística do ajuste fino é uma abordagem útil e consistente para modelar algumas das categorias de design: ” complexidade irredutível ”(Michael Behe) e ” complexidade especificada” (William Dembski). Conforme mencionado na Seção 1, esta abordagem requer a) que uma distribuição de probabilidade para o conjunto de resultados possíveis seja introduzida e b) que um conjunto A de eventos ajustados ou, mais geralmente, uma função de especificidade f seja definida. Aqui b) requer algum entendimento a priori do que significa ajuste fino, para cada tipo de aplicação, enquanto a) requer um modelo naturalístico de como as estruturas observadas teriam sido produzidas por acaso. As propriedades matemáticas de tal modelo dependem do tipo de dados que é analisado. Normalmente, um processo estocástico deve ser usado para modelar uma característica dinâmica, como a evolução estelar, química ou biológica (darwiniana). No caso mais simples, o espaço de estado de tal processo estocástico é um escalar (um nucleotídeo ou aminoácido), um vetor (um DNA ou cadeia de aminoácidos) ou um gráfico (complexos de proteínas ou redes celulares).

A principal conclusão de nosso trabalho é que o ajuste fino é uma característica clara dos sistemas biológicos. Na verdade, o ajuste fino é ainda mais extremo em sistemas biológicos do que em sistemas inorgânicos. É detectável no âmbito da metodologia científica. A biologia é inerentemente mais complicada do que o universo em grande escala e, portanto, o ajuste fino é ainda mais uma característica. Ainda há mais trabalho a ser feito para analisar estruturas de dados mais complicadas, usando critérios empíricos mais sofisticados. Normalmente, tais critérios correspondem a uma função de especificidade f que não é apenas uma abstração útil de um padrão subjacente, como a aptidão biológica. Em vez disso, é necessária uma função de especificidade que, embora de origem não física, possa ser quantificada e medida empiricamente em termos de propriedades físicas, como funcionalidade. No longo prazo, esses critérios são necessários para tornar as explicações científica e filosoficamente legítimas. No entanto, temos evidências suficientes para demonstrar que o ajuste fino e design merecem atenção na comunidade científica como uma ferramenta conceitual para investigar e compreender o mundo natural. A agenda principal é explorar algumas possibilidades fascinantes para a ciência e criar espaço para novas ideias e explorações. Os biólogos precisam de recursos conceituais mais ricos do que as ciências físicas até agora foram capazes de iniciar, em termos de estruturas complexas que têm informações não físicas como entrada (Ratzsch, 2010). No entanto, os pesquisadores têm mais trabalho a fazer para estabelecer o ajuste fino como uma hipótese científica sustentável e totalmente testável e, em última instância, uma Design Science.

Este é um desenvolvimento significativo. O artigo dá aos argumentos dos teóricos do design inteligente uma audiência importante em um jornal científico convencional. E não perca o objetivo do artigo, que é declarado em sua frase final – trabalhar no sentido de “estabelecer o ajuste fino como uma hipótese científica sustentável e totalmente testável e, em última análise, uma Design Science “. Os autores apresentam argumentos convincentes de que o ajuste fino biológico não pode surgir por meio de mecanismos darwinianos não guiados. É necessária alguma explicação para explicar por que os sistemas biológicos “mostram a aparência de serem deliberadamente ajustados”. Apesar do barulho que geralmente cerca esse debate, o fato de os argumentos do DI receberem um tratamento tão cuidadoso e positivo em um jornal proeminente é, por si só, uma evidência convincente de que o DI tem mérito intelectual. Apesar das afirmações dos críticos do DI, a ciência do design está sendo levada a sério pelos cientistas.