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2021/5/28 9:23
4月16日、BioLogosは『Return of the God Hypothesis』の最初の批判的な書評を掲載しました。生物学者のダレル・フォークが書いたこの書評は、物理学、天文学、宇宙論に基づくこの本の新しいデザイン論や宇宙論への批判は何もなく、この本でメイヤーが生物学に基づいてインテリジェントデザインを論じた過去の論点を反復したり、更新したりした部分のみを批判しています。フォークの批評の多くは、フォークがメイヤーの過去の著書の批評で行った批判を繰り返したもので、メイヤーや他の人々がすでに詳細に反論しています(こちら、こちら、こちら、こちら)。
フォークの批判
フォークは、メイヤーの化学進化論についての批判的な分析に対して、(彼にとって) 新しい反論をしました。最初の生きた細胞を作り出すのに必要な情報の起源を説明する最善の方法としてのインテリジェントデザインを肯定する全体的な主張の一部としてのメイヤーの批判です。書評でフォークは、生命の起源の研究者が10％以上の自己複製が可能なRNA分子を作ることができていないというメイヤーの主張には最近の「RNAワールド」シミュレーション実験からの異議があると主張しています。彼はこのように力説しています。
・・・仮説的なRNAワールドと生命の起源について論じる中で、メイヤーは「現在までに科学者たちは、約10％のみ自己複製するRNA触媒をデザインすることができている」(280ページ) と書いている。そして、2001年の論文を参照している。しかし、この分野は過去20年間でかなり進歩している。
この異議の根拠として、フォークは2014年に行われた実験を引用し、全体の自己複製が可能なRNA分子の実証に成功したと主張しています。フォークの主張は以下の通りです。
例えば、2014年にロバートソンとジョイスは、同様のシステムを少し修正して加えて100％の効果を得たことを報告している。彼らはその結果を次の言葉で要約している。「親酵素はそれぞれ、1時間に数千のコピーを生み出し、そのコピーのそれぞれが順番に同じことをして、分子情報を世代を超えて伝達することができる。」
それからフォークは、メイヤーが重要とされる新しい結果に言及しなかったことで読者を欺いたという主張を繰り返しています。ジョイスとロバートソンの実験についてフォークは次のように述べています。「酵素反応を少し変更したとはいえ、これはメイヤーが『行われていない』と読者に伝えたことに非常に近い」。
選択的記憶喪失
では、何があったのでしょうか？生命の起源の生物学についてケンブリッジ大学で博士論文を書き、このテーマで絶賛されている本を書いたメイヤーは、読者を欺いたのでしょうか？生命の起源の研究者たちは、「100％の効率で」自身の全体を複製することができる純粋な自己複製RNA分子を実際に産み出したでしょうか。彼らは、現実的または妥当なプレバイオティック条件の下で、研究者の広範な介入 — メイヤーはこれも主張している — がなされることなしにそれを行ったのでしょうか。もしそうだとしたら、メイヤーは、この分野での劇的な進歩とされていることについて無知だったのでしょうか？
これらの質問に対する答えはすべて、声高な「ノー」です。実際はメイヤーは、フォークが引用した実験とほぼ同じバージョンの実験 (ジョイスとリンカーンが2009年に行った実験) を鋭くかつ決定的に批判しています。しかしフォークは、メイヤーがRNAワールド仮説を支持する新しい実験的証拠とされるものを報告しなかったとして非難する際に、メイヤーがすでにジョイスによるRNAの自己複製の実証と思われるものを取り上げていたことには全く言及していません。それは、2010年に (ロンドンの) 『Times Literary Supplement』紙 (No.5572、6ページ) で、フォークが現在主張しているのと同じ主張をしている別の批評家とのやりとりで彼の著書『Signature in the Cell』を擁護したときのことでした。フォークは、彼が書評の根拠として読んだと主張している『Return of the God Hypothesis』の309ページで、メイヤーがジョイスの実験について現在フォークが主張しているのと同じ主張を批判していることにも言及していません。
ジェラルド・ジョイスの実験
では、ジョイスの実験はどうでしょうか？妥当なプレバイオティック条件下で、知性の介入がなくても、RNA分子が10％以上自己複製できる (メイヤーが異議を唱えている具体的な主張) ことが示されたのでしょうか。
いいえ、そうではありません。むしろ、ジョイスとロバートソン、そしてそれ以前にジョイスとリンカーンが実際に行ったのは下記のとおりです。
この実験でジェラルド・ジョイスとその同僚たちは、Eと名付けられた特別にデザインされたRNA酵素 (リボザイム) が、別のRNA分子の2つの部分鎖または半分 (RNA基質A'とB'と呼ばれる) を結合できることを実証しました。その結果生じるE'と名付けられた新しいRNA酵素は、元のリボザイムの2つの部分 (RNA基質AとB) を結合することができました。すると、この過程により融合した長い鎖 (つまり、リボザイムEとE') は、(1) 2つの半分 (A'とB'またはAとB) を実験に十分な量で継続的に供給し、(2) 重要なタンパク質酵素を特定の時期に実験に投入すれば、反対側のリボザイムの2つの部分を繰り返し融合することができます。
この過程全体を描写した図があります。
フォークとこの研究者たち自身は、これらの実験が「自立したダーウィン的進化」をシミュレートする自己複製システムを生み出したかのような印象を与えていますが、実際にはそのようなことはありませんでした。10％以上の自己複製が可能なRNA分子や、まして「100％の効率」で自己複製可能で、かつそれを妥当なプレバイオティック条件の下で行えるRNA分子も作られていません。
重合や複製ではなくライゲーション
そもそもジョイスと同僚たちは、純粋に自己複製する分子を産み出したわけではありません。RNAワールドの提唱者たちが思い描いているように、自己複製するRNA分子の出現は、地球上に最初の生命が誕生するための決定的な段階です。というのも、そのような自己複製する分子が出現して初めて、自然選択やランダムな突然変異が起こり始めるからです。
さらにRNAワールドのシナリオでは、自己複製するRNA分子は、(1) 初期の地球上でRNAの化学的サブユニットが形成され、(2) それらのサブユニットが特定の方法で結合して、自分自身のコピー (およびコピーに近いもの) を作り出すことができるRNA分子を形成して初めて出現するとされています。RNAワールドの研究者たちは、このような自己複製は、リボザイム (具体的にはRNAレプリカーゼ) が自分の相補的なコピーをテンプレートにして、自由行動するRNAサブユニット (特に活性化したRNAヌクレオチド) から元の鎖のコピーをもう1本産み出すことで起こると思い描いています。
とはいえ、メイヤーが繰り返し注意しているように、ジョイスの実験に登場する分子は、テンプレートに沿って自己複製する能力を示していません。つまり、RNAワールドの支持者がRNA分子から生命が誕生する過程において決定的であると思い描いている能力です。このような自己複製を行うためには、リボザイムがポリメラーゼとして機能する必要があります。言い換えると、リボザイムには多くのヌクレオチド塩基を結合して長いRNA鎖を形成する能力が必要です。ジョイスの実験のリボザイムにはこのような作用はありません。むしろ、あらかじめ作られ配列されたRNAの2つの半分または断片の両端の間の単一結合に対し触媒作用を及ぼす (連結する) ものです。このように、ジョイスの実験に登場するRNA酵素は、ポリメラーゼやレプリカーゼではなく、単純なリガーゼとして機能しています。
さらに、前述のように、フォークはリボザイムが大規模な自己複製という芸当を行う能力があることを実証したというジョイスの研究についてメイヤーが気づいていないように描写していますが、メイヤーはすでに、それらが自己複製能力を持たないことを示してこれらの実験を批判しており、『Return of the God Hypothesis』でもそうしています。彼は309ページでこのように述べています。
この実験における「自己複製」RNA分子は、実際の細胞内でポリメラーゼと呼ばれるタンパク質機械が行うように、独立したヌクレオチドから遺伝情報のテンプレートをコピーするのではない。そうではなくこの実験では、あらかじめ合成された特定の塩基配列をもつRNA分子が、1つの化学結合に触媒作用を及ぼして、あらかじめ合成された他の2つの部分的なRNA鎖を融合させただけであった。つまり、彼らが解釈するところの「自己複製」は、特定の配列の2つの半分を結合させたにすぎないのである。
このような限界があるからこそ、RNAの自己複製のシミュレーションでは10％以上の自己複製を生産可能な分子を産み出すことはできないと強調したメイヤーは正しかったのです。ジョイスの実験で彼のRNAリガーゼにより実行された単一結合は、結果として得られるRNA鎖 (それぞれの鎖には、ヌクレオチド塩基間にそのような結合が60個以上ある) の結合総数の10%にも及びません。実際ジョイス自身も、彼の実験は重合ではなくライゲーションを行うRNA分子の能力を示しただけであり、純粋な自己複製ではないことを認めています。彼が述べているとおり、彼が使用した「指向性進化法の戦略では、複製そのものよりも、単純なライゲーション反応に触媒作用を及ぼす能力の選択が必要であった」のです。
RNA自己複製の物理的限界
メイヤーの批判を支持する、より一般的で重要な生化学的考察があります。RNA酵素のヌクレオチド配列は、正確な3次元構造に折り畳まれなければ触媒として機能しません。しかし、RNA酵素は相補的な塩基がペアになることで、そのような構造に折り畳まれます。その際、RNA分子の多くは、RNAのテンプレートとして機能することが可能な一本鎖が露出しなくなります。そのため、RNAレプリカーゼが自己複製できる範囲には、ほぼ必然的に物理的な限界があるでしょう。あるいは少なくとも、現実的なプレバイオティック環境やシミュレーション実験では、そのような限界に遭遇するでしょう。いったんリボザイムがレプリカーゼやポリメラーゼとして (あるいは通常はリボザイムとして) 機能するように折り畳まれてしまうと、もはや自身の他のバージョンによって複製されることが可能なテンプレートとしての役割を果たすことはできなくなるでしょう。
さらに、RNA鎖の相補的塩基の間には強い立体化学的な親和性があるため、独立した1本鎖RNA分子は速やかに折り畳まれて、ヘアピンループのような形の複雑な3次元構造を形成します。これらの事実は、RNAレプリカーゼが、独立した1本鎖RNAの相補体をテンプレートにして完全な自己複製をするというシナリオを、きわめて不自然なものにしています。なぜなら、そのテンプレートも同様に速やかに折り畳まれるからです。アトウォーターとその同僚たちがこの問題を詳しく説明しています。
しかし、最も高度に進化したRPR (RNAポリメラーゼ・リボザイム) でさえ、テンプレートの2次構造が実質的な妨げとなる。このような構造は、より大きな (RPR自身を含む) 機能性RNAに遍在しており、通常は機能に不可欠である。RNAのこの中心的な特徴が強い抑制的な役割を果たすことで、RNA配列が機能 (触媒作用など) をエンコードするために定義された3次元構造に折り畳まれる度合いと、複製されやすさとの間に拮抗関係が生じる。
RNAの自己複製ではなく、タンパク質-酵素を介した複製
では、これらのことからすると、ジョイスとその同僚たちはどのようにしてオリジナルのリボザイムEとE'の完全なコピーを多数作成したのでしょうか？彼らの実験におけるRNA酵素の複製の生産は、RNA分子が自己複製する能力ではなく、生きた細胞から得られる複合タンパク質酵素に依存していることが判明しています。具体的には、ジョイスと同僚たちは、RNA酵素の複製を増やすために、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応 (RT-PCR) の手順を採用しました。この手順では、逆転写酵素とDNAポリメラーゼという2つの複合タンパク質酵素と、プライマーなどの他の分子ツールを使用する必要があります。実際、最も効率の良いリボザイムのコピーを多く作るには (各部位に反対の塩基を持つ相補的なRNA鎖を作るのではなく)、この過程でRNAをDNAに変換して、DNAからRNAを再構成する必要があります。しかしその過程では、前述のようにRNA逆転写酵素とRNAポリメラーゼが必要になりますが、これらはいずれも生きた細菌由来のものです。メイヤーが私に語ったところによると、「ジョイスと彼のチームは自己複製するRNA分子を作ったわけではありません。むしろ彼らは、タンパク質-酵素を介した複製システムを知的にデザインしました」。これらのタンパク質は、既存の生きた細胞から抽出しなければならなかったので、メイヤーは、「これらの実験は、非生物のRNA分子から最初の生命の起源に向けた決定的なステップをシミュレートするには、既存の生きた細胞から得られたタンパク質酵素を使用する必要があるという、逆説的な結論を導くものです」ともコメントしています。
研究者の干渉
これらの実験でRNA分子の自己組織化や自己複製の能力が実証されないのには、もう1つの理由があります。決定的なステップがすべて外部からの、つまり高度に知的な化学者、特にジェラルド・ジョイスとその同僚たちからの、多くの場合機能的な特定の配列の情報を入力するという形での誘導に依存していたのです。
最初にジョイスが、お互いの半分をつなぐことができるEとE'という大きなリボザイムを知的にデザインしたことを考えてください。2001年に行われた実験では、ジョイスはまず、さまざまな塩基配列を持つ100兆個のRNA分子をランダムに集めて前駆体のリボザイムを構築しました。そして、応用化学によるスクリーニングを繰り返して、核酸連結を行うことが可能で、かつその効率が最高の数個のRNAを選び出しました (ロジャースとジョイス、2001年)。
次に、彼はこれらのRNAの特定の領域の塩基配列を選択的に変更して、複製された鎖の半分を結合する能力を高めました。例えば彼は、リボザイムが基質分子の相補塩基対 (AとB) と十分に強く結合し、かつ、2つのRNAの半分が結合した後に、より大きなリボザイムが分離するのを妨げるほど強くは結合しないようにすることを望みました。このように、ジョイスは自分の知能を駆使して、ランダムに集められた分子の中から自分の求める機能を実行する分子を選んだだけでなく、厳選された領域を修飾することで、これらのリボザイムの機能を最適化しました (ポールとジョイス、2002年)。
それからジョイスは元のRNA酵素 (Tと呼ばれる) を改変して、2つの新しいリボザイム (EおよびE'と呼ばれる) を産み出しました。これらのリボザイムは、それぞれの半分を2つ結合する能力があります。EはA'とB'を結合してE'を形成し、E'はAとBを結合してEを形成します。彼自身が認めているように、彼は自分が特徴づけるところの「合理的なデザイン」アプローチを用いて、この相互依存性のある交差触媒システムを創造しました。特に彼は、2つの酵素の「対領域」のRNA塩基配列を、相補塩基対により基質に束縛されるように配置しました。さらに、EとE'の2つの半分の間の切れ目の端に近い領域は、リボザイムを介した結合が確実に起こるように工夫する必要がありました (リンカーンとジョイス、2009年)。
これらはみな、リボザイムが結合するために、あらかじめ作成された、特定の配列を持つ半分 (AとB、A'とB'の両方) をジョイスが必然的にデザインしなければならなかったことを示唆しています。実際、核酸連結が確実に起こるためには、2つの半分の間にある分離するポイントがちょうどよい位置にある必要がありました。前述したように、あらかじめ作成された半分が相補塩基対によりリボザイムの反対側の塩基に束縛されるには、リボザイムのヌクレオチド塩基の配置を正確に決める必要がありました。これらの特定性を達成するためには、ジョイスが繰り返し、活発に、知的に実験に干渉することが要求されます。
この交差触媒システムをデザインした後、ジョイスはリガーゼ・リボザイムの効率を改良しようとして「指向性進化法」を用いました。彼のチームはまず、オリジナルのリボザイムの特定の位置を変更して、2009年の研究ではEとE'の多数の変異体を生成し、2014年版の実験ではEの多数の変異体を生成しました。そして、最も効率的な基質結合 (リガーゼ) 機能を発揮する変異体を分離し、それらを差異化的に複製しました。2014年の実験では、変異体が反対側のリボザイムの半鎖だけでなく、自身の半鎖とも結合する能力も検証しました。
この過程には、研究者の広範な誘導とインテリジェントデザインが必要であることは明らかです。例えば、ジョイスとその同僚たちは高度な実験技術を駆使して、オリジナルの酵素の何兆個もの変異体と何兆個もの基質の複製を生成しました。それから、「反応してビオチン化した生成物をストレプトアビジン・アガロース樹脂に捕捉することで選択する」など、同様に高度な手順を実行して、最も効率的に基質を結合する変異体をタグ付けして捕捉したのです (ロバートソンとジョイス、2014年)。高度な訓練を受けた知的な技術者が置かれた高度な実験室以外で、ましてや知的な誘導の源が存在しないと思われるプレバイオティックな地球上で、これに匹敵するプロセスが発生することはあり得ないと言っても過言ではありません (こちら、こちら)。
実際、メイヤーは『Return of the God Hypothesis』(310ページ) で次のように論じています。
・・・ある結果を確実にし、他の結果を排除するために、化学者が反応順序を設定したり、干渉したり、あるいは化学システムに制約を加えたりするときは常に、事実上そのシステムに情報を入力している。それどころか、そうすることで生物学に関連した化学や情報を生成するためにはインテリジェントデザインが必要であることをうっかりシミュレートしている。
さらに、メイヤーはこの批判を、『Return of the God Hypothesis』での議論 (309ページ) でジェラルド・ジョイスのリボザイム工学実験に具体的に当てはめています。彼はこう述べています。
リンカーンとジョイスは、これらのRNA鎖の塩基配列を知的に配置した。彼らはこの限定的な形の複製でも、可能にするために特定の配列の機能的情報を生成したのである。したがってこの実験は、限定的なRNAの自己複製能力であっても情報量の多いRNA分子に依存していることを示しただけでなく、機能的情報が生じるための既知の唯一の手段はインテリジェントデザインであるという仮説への付加的な支持にもなった。
フォークについての最後の考察
最後に、フォークの書評について所見を述べなければなりません。彼がメイヤーの本に興味を持ち、メイヤーの主張に進んで取り組もうとしていることには感謝していますが、新しい科学的結果について無知だとしてある本を批判しようという取り組みは、その本自体が問題となっている結果をすでに説明し、批判しているのであれば、何か奇妙な音痴のように思えます。フォーク教授について善意に解釈し、単に彼がメイヤーの著書で、フォークが引用しているまさにその (初期の形とわずかに異なるだけの) 実験をメイヤーが議論し批判している文章を見落としただけだと仮定してもいいでしょう。しかし、私はフォークに、学者としての誠実さの問題として、メイヤーの主張を誤認していたことを認めるよう提案します。彼は、メイヤーが生命の起源のシミュレーション実験における重要な発展を知らなかったという誤解を自分 (フォーク) の読者に与えた書評の一部を撤回すべきです。私が示したように、それは真実からかけ離れています。メイヤーはこれらの実験結果を知らなかったわけではありません。これらの実験結果は、RNAが純粋な自己複製能力を獲得した方法や、まして初期の地球における妥当なプレバイオティック条件の下でどのように獲得したかについての理解を大きく前進させるものではありませんでした。
