Como Os Engenheiros Ajudaram A Salvar A Biologia Da Teoria Da Evolução

Por Brian Miller | Evolution News

30 de agosto de 2021, 13h03

Uma das contribuições menos apreciadas da teoria da evolução para os estudos biológicos foi retardar seu progresso. Em meus últimos três artigos (aqui, aqui, aqui), expliquei como a teoria prediz que os sistemas vivos não devem parecer projetados para atingir objetivos intencionais. E qualquer aparência de design deve parecer desajeitada e ineficiente. Seguindo essas expectativas, os biólogos muitas vezes concluíram erroneamente que as estruturas ou sistemas eram não funcionais ou subótimos se os investigadores não pudessem compreender imediatamente todas as suas características.

Emily Reeves escreveu vários artigos excelentes destacando exemplos (aqui, aqui, aqui).
Felizmente, a colaboração entre engenheiros e biólogos nas últimas décadas ajudou a derrubar essas falsas premissas.

Aqui, irei abordar como os engenheiros ajudaram a corrigir uma falsa suposição adicional. A teoria da evolução prevê que a biologia deve se assemelhar à engenharia humana apenas marginalmente, na melhor das hipóteses. No entanto, a vida frequentemente incorpora a mesma lógica e objetivos como algo projetado. A principal diferença é que a vida exibe níveis muito superiores de complexidade, eficiência e engenhosidade.

Evolução e máquinas de Rube Goldberg

A lógica da evolução dita que os componentes de estruturas e características biológicas complexas se juntaram aleatoriamente, sem o benefício de previsão ou direção de objetivo por um agente inteligente.

Entidades (por exemplo, proteínas) que serviam a um propósito ligado a outras entidades por acaso para atingir um objetivo coletivo diferente (por exemplo, ATP sintase recarregando ATP). As peças de nível mais baixo foram originadas primeiro, então o produto final representa o design “de baixo para cima”.

Na realidade, o design de baixo para cima ainda requer o design dos componentes e a ligação adequada entre eles, mas vou ignorar esse inconveniente para fins de argumentação.

Esses sistemas compostos devem ser semelhantes às máquinas de Rube Goldberg. Rube Goldberg foi um inventor e cartunista americano que desenhou engenhocas que realizavam uma tarefa simples por meio de uma série de dispositivos não relacionados estranhamente interconectados. A ação de um dispositivo acionaria o próximo, que acionaria o próximo, e assim por diante, para atingir algum objetivo não diretamente conectado a nenhum dos componentes individuais. Todo o mecanismo era comicamente ineficiente e pesado.

Legenda: “Professor Butts and the Self-Operating Napkin” (1931), de Rube Goldberg, Domínio público, via Wikimedia Commons.

O evolucionista Jerry Coyne enfatizou em sua revisão do trabalho de machadinha (um ataque feroz a alguém ou ao seu trabalho, especialmente na mídia impressa.) de Darwin Devolves de Michael Behe como a vida deveria exibir um design ascendente semelhante:

Na verdade, a experiência uniforme dos cientistas que trabalham nesses sistemas [biológicos] é que eles incorporam uma complexidade absurda, semelhante à de Rube Goldberg, que não faz sentido como obra de um engenheiro, mas faz todo o sentido como produto de um longo e não orientado processo ao longo da história.

A crítica de Coyne a Behe carecia de honestidade intelectual e precisão científica (aqui, aqui), mas seu insight sobre o que a evolução deveria produzir estava inteiramente correto.

De importância crucial, Coyne não fez referência a nenhum exemplo da complexidade de vida de Rube Goldberg porque nenhum existe.

Biologia e Engenharia

Em contraste, os biólogos de sistemas agora reconhecem que a biologia demonstra um design de cima para baixo, onde um objetivo abrangente e as restrições de design correspondentes ditam a engenharia de um traço complexo. Cada componente de uma estrutura ou sistema se integra perfeitamente com outros membros para atingir um objetivo predeterminado com eficiência surpreendente.

Assim, a vida não se assemelha às máquinas do tipo Rube Goldberg, mas à engenharia humana. O forte contraste entre a organização real de nível superior da vida e as expectativas evolutivas criou tensão dentro da comunidade biológica. Os autores do System Modeling in Cellular Biology (SMCB) comentaram:

Uma reserva freqüentemente observada contra o tipo de analogias entre sistemas biológicos e de engenharia que apresentamos afirma que esses dois tipos de sistemas complexos surgem de maneiras fundamentalmente diferentes, ou seja, por meio da evolução versus design de cima para baixo voltado para propósito (ver, por exemplo, Bosl e Li (2005)).

SMCB, PÁG. 32

Engenharia nos seres vivos

A biologia não se assemelha simplesmente à engenharia humana genericamente, mas contém as mesmas estruturas de design. Os autores da Modelagem de Sistema explicam:

Em um nível mais abstrato, vemos redes altamente organizadas e estruturadas que facilitam respostas globais e coordenadas às variações no ambiente em todas as escalas de tempo, usando mecanismos locais e descentralizados… A estrutura básica é empregada em muitos sistemas tecnológicos avançados… Claramente, do ponto de vista da engenharia, a biologia é um maravilhoso “design” tecnológico.

Argumentamos que as analogias com sistemas projetados, em particular com relação a como gerar respostas apropriadas às variações, são um dos principais requisitos em todos os sistemas altamente integrados que podem nos ajudar a compreender a complexidade biológica.

SMCB, PP. 26-27

Os autores argumentam ainda que os objetivos do design empregados na vida são conhecidos por representarem as estratégias mais eficazes para atingir os objetivos pretendidos:

Da engenharia, sabe-se que o controle de feedback (mais controle de feedforward) habilitado por sensoriamento rápido e, se possível, remoto de alerta avançado é o mecanismo mais poderoso para fornecer robustez às flutuações no ambiente e nas partes componentes. A resposta ao choque térmico em E. coli parece empregar exatamente os mesmos princípios, conforme mostrado pela modelagem detalhada e redução do modelo subsequente aos elementos centrais (El-Samad et al., 2005).

SMCB, PÁG. 39

Igualmente impressionante, Reeves e Hrischuk (2016) identificam uma célula como um sistema de computação embutido, uma vez que os sistemas de computação humana e biológica compartilham vários componentes. Exemplos de componentes compartilhados incluem o seguinte: mecanismo de processamento, código de informação, memória primária, memória secundária, endereçamento de memória, layout de memória de baixo nível, gerenciamento de memória, cache, cronômetro, armazenamento persistente acessado aleatoriamente, formatação de dados de alto nível e a lista continua. Esses componentes também compartilham muitas das mesmas inter-relações funcionais. Os engenheiros de computação atestariam que tais sistemas só podem operar se a maioria dos elementos existir e se interconectar adequadamente.

Como a biologia difere da engenharia

Os cientistas materialistas mais astutos filosoficamente reconhecem o perigo de comparar de perto a biologia à engenharia. A engenharia não apenas incorpora o design inteligente, mas os engenheiros desenvolveram uma profunda intuição do que os processos incrementais podem ou não alcançar.

E eles reconhecem que os padrões de design difundidos na vida não poderiam ter surgido por meio de um processo gradual e não direcionado.

Biólogos ligados ao materialismo científico argumentaram que a vida é tão diferente dos artefatos humanos que eles podem descartar as conclusões dos engenheiros sobre a capacidade limitada de evolução dos organismos. A falácia central desse argumento é que quase todas as diferenças entre as criações humanas e a vida tornam esta última cada vez mais desafiadora. E os desafios se traduzem em obstáculos mais assustadores para qualquer cenário evolutivo.

Os objetivos do projeto, como ligações de quatro barras e sistemas de controle, devem atender aos requisitos exigentes, sejam implementados em um ônibus espacial ou em um peixe (aqui , aqui).

Muitos desses requisitos operam amplamente independentemente dos materiais constituintes que os compõem ou dos métodos exatos que eles empregam em sua operação.

Além disso, a natureza distinta dos sistemas vivos acarreta muitos requisitos adicionais e restrições ainda mais rígidas. Não apenas um elemento biológico deve funcionar adequadamente, mas um organismo também deve fabricá-lo, mantê-lo e operá-lo.

Por exemplo, o olho dos vertebrados deve estar em conformidade com muitos dos requisitos iguais ou comparáveis vistos em câmeras digitais. E sua construção requer um processo de fabricação altamente coordenado em embriologia dirigido por um sistema de controle genético meticulosamente projetado. Nem o design abrangente nem o processo de construção poderiam ter surgido de forma incremental (aqui, aqui).

Além disso, as diferenças fundamentais entre a engenharia humana e a biológica refletem a superioridade da última. Por exemplo, Frølich et al. (2017) detalhou a extraordinária engenhosidade associada aos materiais que os organismos fabricam. E ML Simpson et al. (2004) declarou:

Os processos genéticos e bioquímicos são sistemas altamente funcionais e densos.

As células desempenham funções altamente complexas reguladas por circuitos e redes genéticas muito semelhantes a sistemas de engenharia, apenas em densidades, com complexidade e capacidades muito maiores. A tecnologia baseada em silício não pode chegar perto dos tipos de integração vistos na escala bacteriana, por exemplo.

Os pesquisadores cada vez mais empregam ideias, ferramentas e linguagem de engenharia (também conhecida como design) para entender os sistemas vivos, e essa tendência “não mostra sinais de desaceleração”. Aqueles que argumentam que o design inteligente não resulta em pesquisas frutíferas, levando a uma compreensão mais profunda da vida, demonstram que sua própria compreensão da literatura biológica está desatualizada há vinte anos.