65. Nylonia ja muovia hajottavat bakteerit - evoluution tulos?

Nylon, muovi ja monet muut öljypohjaiset yhdisteet, joita ihminen on kehittänyt viimeisen sadan vuoden aikana, ovat epäorgaanisia eli eivät elävän luonnon prosessien suoria tuloksia. Tosin öljy, jota niiden valmistukseen käytetään, on tietysti hiilipohjaisena yhdisteenä hyvinkin luonnosta tuleva. Kun löydetään, että näitä ihmisen jalostamia aineita alkavat bakteerit hajottamaan, nousee evoluutio-opin kyllästämään mieleen heti ajatus, että siinäpä evoluutio toimi taas: sattuma loi uutta DNA:ta mutaatioiden kautta ja sen tuloksena tuli uusi entsyymi, joka katalysoi näitä juuri hiljan luontooon ilmestyneitä aineita. Koska 'miljooniiin' vuosiin ei näitä aineita ole ollut olemassa, ei bakteereilla ole voinut aikaisemmin kehittyä vähitellen ja mutaatioiden avulla mekanismiä näiden uusien molekyylien hajottamiseen.

On siis jälleen syytä mennä tutkimaan pintaa syvemmälle, mistä on kysymys. Juuri hiljattain julkaistiin artikkeli, jossa tutkijat ovat mutatoineet olemassa olevaa entsyymiä ja saaneet lisättyä sen tehokkuutta muovin hajottamisessa.1 Se on vastaava tapaus, kuin jo vuosia sitten löytynyt bakteerien kyky tuottamiensa entsyymien avulla hajottaa nylonia.

Otan esille neljä tekijää, jotka vähentävät mystiikkaa näiden asioiden ympärillä.

1. Sidosten samankaltaisuus. Vaikka epäorgaaniset yhdisteet ovat uusia molekyylejä, koostuvat ne samoista atomeista kuin orgaanisetkin yhdisteet, tottakai. Maailmassa on vain noin 100 erilaista atomia, joista kaikki yhdisteet tulevat ja niiden kemiallisten ominaisuuksien vuoksi ne voivat yhdistyä molekyyleiksi vain tietyillä tavoin. Ja näistä sadasta vain muutama kymmen atomia ovat ne mitä valtaosissa yhdisteissä on käytössä. On vain rajallinen määrä yhdisteitä, mitä näistä syntyy ja näissä yhdisteissä on rajallinen määrä erilaisa atomien välisiä sidoksi.

Jotkin sidokset epäorgaanisissa molekyyleissä ovat hyvin tavallisia myös orgaanisissa yhdisteissä. Ja koska entsyymit 'hyökkäävät' juuri sidoksien kimppuun niitä purkaen, niin orgaanisia aineita hajottavat entsyymit pystyvät myös epäorgaanisia aineita hajottamaan, joskin usein kovin hitaasti, mutta kuitenkin hädän tullen tekevät sitä.

Reaktio, joka luo nylonia.
Sinisessä laatikossa on amide-sidos, joka on yleinen myös proteiineissa. 

2. Epäspesifiset entsyymit. Bakteereilla on entsyymejä, joiden rakenne on moneen käyttöön sopiva. Ne ovat kuin luonnon jakoavaimia, jotka säätyvät kohteen mukaan tai jonka 'koloihin' monet molekyylit sopivat jotenkin. Pyöreä palikka menee kyllä nelikulmaisesta kolosta läpi, jos se on riittävän pieni. Tai talttapäisellä ruuvimeisselillä voi kyllä ruuvata ristipäistä ruuvia, vaikkakin se on vaivalloista ja aikaa vievää.

Tällaiset epäspesifiset entsyymit pystyvät hajoittamaan niin ihmisen tekemiä molekyyliyhdisteitä kuin luonnossakin esiintyviä. Eivät välttämättä ole siinä kovin tehokkaita, mutta kuitenkin tekevät sitä.

Monella entsyymillä on luonnostaan erilaista kemiaa tekevä sivuaktiivisuus, joka yleensä on heikompi kuin pääaktiivisuus. Luonnosta löytyy monenlaista joustokykyä erilaisia tilanteita varten.

Nylonia hajottava proteiini, joka muodostuu 392 aminohaposta.

 

3. Molekyylirakenteen yksinkertaisuus. Nylonilla erityisesti on yksinkertaista toistoa omaava molekyylirakenne. Tätä pystyvät pilkkomaan monet erilaiset entsyymit.  Nylonissa toistuvat hiili-hiili ja hiili-vety sidokset, jotka pitävät pitkän molekyylin ketjuna. Nämä atomit ja niiden väliset sidokset ovat luonnollisesti hyvinkin yleisiä luonnossa. 

Nylonin molekyylirakenne

4. Sopeutumiskyky. Eliöillä on valmiina paljon kykyä sopeutua erilaisiin olosuhteisiin. Ihmisellä esimerkiksi ihonväri on osa sopeutumisohjelmaa. Kaikilla ihmisillä on sama pigmentti vain sen määrä vaihtelee auringon valolle altistumisen myötä. Samoin bakteerien sopeutumiskyky on tarkoitukseen sopivaa.  

Bakteereilla on erityinen mekanismi 'reseptien' jakamiseen keskenään. Näiden reseptien avulla bakteeri voivat vaihtaa erilaisten proteiinien rakentamiseohjeita. Reseptejä kutsutaan plasmideiksi ja erityisellä putkimekanismillä bakteeri voi injektoida tarpeellisen reseptin toiselle bakteerille (kuva alla). Näin jokaisen bakteerin ei tarvitse kantaa ja säilyttää kaikkia mahdollisia reseptejä ja täten tuhlata energiaa niiden kopioimiseen silloin kun niitä ei tarvita, vaan eri ravintojen pilkkomiseen tarvittavat reseptit voidaan hajauttaa populaation eri bakteeriyksilöille. Jälleen hieno esimerkki suunnitelmallisuudesta luonnossa, minkä syntyminen vähitellen ja sattumalta on vaikea kuvitella ja mahdoton todistaa.

Plasmidien kopiointi bakteerilta toiselle.

            

Tässä kaikessa ei pidä sekoittaa sitä, että onko ylipäätään joillakin bakteereilla näiden aineiden hajoituskykyä sen kanssa, että kuinka yleinen tällainen bakteeri on. Luonnollisesti se ei voi olla kovin yleinen, koska tätä 'ruokaa' on ollut olemassa kovin lyhyen aikaa ja rajatuilla alueilla. Tätä kykyä kantava ominaisuus ei ole ollut niinkään suosiossa. Se ei ole lisännyt kyseisten bakteerien määrää. Harvinaisuus ei kuitenkaan ole sama kuin olemattomuus. 

Mistä sitten nousee se kohu ja uutisarvo, kun löytyy bakteerejä, jotka pystyvät hajoittamaan muovia ja nylonia? Toisaalta siitä, että luonnossahan nämä maatuvat hitaasti ja sellaisten bakteerien löytyminen, jotka nopeuttavat prosessia, on hyvä uutinen. Toisaalta taas siitä, että voitaisiin todistaa evoluutio. 

Näissä tapauksissa (muovia ja nylonia syövät bakteerit) ei ole todisteita siitä, että olisi tapahtunut yli tuhannen nukleotidin mutaatiosarja, jossa uusi proteiini olisi kehittynyt.  Sen sijaan olemassa olevaan toimivaan proteiiniin tapahtui mutaatioita, jotka tehostivat sen toimintaa moninkertaisesti sovittamalla molekyylin paremmin entsyymin 'tartuntataskuun'. Mutaatio oli siten hyödyllinen, mutta kemiallinen prosessi oli sama, minkä se pystyi suorittamaan jo ennen mutaatiota. 

Olemme siinä tilanteessa, että vieläkään ei ole havaintoja evoluutiovaatimuksen mukaisesta mutaatiosarjasta uuden proteiinin synnyttämiseksi. Kahdesta laboratoriossa tapahtuneesta pistemutaatioista muovia hajoittavan proteiinin yli 1 000 nukleotidin sekaan voi tietysti vetää sen johtopäätöksen, että siitä voisi mikä tahansa uusikin proteiini tulla, mutta tieteen havainnolla sitä ei voida perustella, vaan se on otettava vastaan uskonvaraisena oletuksena.

Nylonin osalta aiheestä on kirjoitettu paljon. Tässä joitakin artikkeleita: http://luominen.fi/nylonbakteerista ja tässä https://creation.com/nylon-eating-bacteria-1, ja päivitys 2017: https://creation.com/nylonase-update

Edelliset artikkelit taas viittaavat Ann Gaugerin yksityiskohtaisiin kirjoituksiin aiheesta: https://evolutionnews.org/2017/05/the-nylonase-story-when-imagination-and-facts-collide/

Hän sanoo muun muassa:

"Where did the nylon-eating ability come from? Carboxylesterases are enzymes with broad substrate specificities; they can carry out a variety of reactions. Their binding pocket is large and can accommodate a lot of different substrates."

Muut viitteet:

1. https://www.theguardian.com/environment/2018/apr/16/scientists-accidentally-create-mutant-enzyme-that-eats-plastic-bottles
2. http://luominen.fi/muovia-mussuttava-mutanttientsyymi-ei-edista-evoluutiota