Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 1. Genetyczna plastyczność

 

Nasza nowoczesna koncepcja ewolucji zaczęła się od Charlesa Darwina i jego tezy o doborze naturalnym – “przetrwaniu najlepiej przystosowanych” – by wyjaśnić, dlaczego pewne osobniki rozkwitają, podczas gdy innym nie udaje się pozostawić dziedzictwa. Potem przyszła genetyka, by wyjaśnić leżący u podstaw mechanizm: zmiany w organizmie spowodowane przez losowe mutacje genów. Obecnie ten obraz zmienia się raz jeszcze, kiedy odkrycia w genetyce, epigenetyce, biologii rozwojowej i innych dziedzinach przydają nowej złożoności i bogactwa naszej największej teorii przyrody. Więcej znajdziesz w tym 12-stronicowym specjalnym artykule.

Artykuł, którego nie można przeczytać on line, składa się z 13 ponumerowanych naukowych obszarów, które rzekomo skłaniają do rewizji nowoczesnej teorii ewolucji. Nie zamierzam zajmować się nimi wszystkimi, bo już to zrobiłem o wielu tych modnych dziedzinach, włącznie z epigenetyką i konstrukcją nisz, ale wybiorę kilka z tych tematów, które są, moim zdaniem, wyolbrzymione lub błędnie przedstawione. Czytelnikom, którzy powiedzieli, że “New Scientist” nie jest takim złym pismem, odpowiadam: “No cóż, przynajmniej to, co piszą o ewolucji, jest okropne, co widzisz, jeśli wiesz coś o nowoczesnej biologii ewolucyjnej”.

To prawda, chwilami w artykule są puste słowa nawiązujące do faktu, że są to dziedziny “kontrowersyjne”, ale odnosi się wrażenie, że biologia ewolucyjna obfituje nie tylko w nowe pomysły, ale w nowe pomysły, które są niedarwinowskie i zapowiadają radykalną rewizję teorii. Problem polega na tym, że te nowe obszary albo są błędnie prezentowane, albo nie stanowią zmiany teorii ewolucyjnej. W rzeczywistości, żadna z nich nie robi nic więcej poza włożeniem nowego kaczątka pod skrzydło darwinizmu, a żadna z nich nie zastępuje kaczki-matki.

Dzisiejszym celem jest GENETYCZNA PLASTYCZNOŚĆ, pierwsza, rzekomo “nowa” dziedzina biologii ewolucyjnej Opisana jest pod zachęcającym tytułem “Genes Aren’t Destiny” [Geny nie są przeznaczeniem].

Moją pierwszą odpowiedzią jest, że wiemy o genetycznej plastyczności od ponad stulecia. Cofnijmy się jednak: czym jest genetyczna plastyczność?

To proste: jest to obserwacja, że dla wielu genów ich ekspresja zależy od środowiska, w którym rozwija się lub którego doświadcza organizm je posiadający (a więc i same geny). Istnieją niezliczone przykłady. Dla jednych genów są trwałe skutki, zależnie od środowiska podczas wzrostu organizmu. Jednym przykładem, którego wraz z dwoma kolegami użyłem w eksperymencie dotyczącym temperatur, jakie muszki doświadczają w naturze, jest zmutowany allel białej krwi, który wpływa na kolor oczu. Ekspresja mutacji jest wrażliwa na temperaturę w krótkich okresie, kiedy tworzy się kolor oka w stadium poczwarki. Jeśli temperatura jest wysoka, oko może być bardzo jasno żółte, a nawet białe, ale jeśli temperatura jest niższa, oko jest ciemniejsze aż do ciemno fioletowego. Po tym wrażliwym okresie kolor oka pozostaje taki sam przez całe życie muszki. Mówi się, że kolor jest „plastyczny pod względem temperatury”.

Podobnie, jeśli nie dostajesz wystarczająco dużo pokarmu jako dziecko, będziesz zawsze mały po okresie dojrzewania. Jest tak dlatego, że geny, które stymulują “wzrost” są wrażliwe na odżywienie otrzymywane przez organizm, czyniąc “wzrost człowieka” plastyczną cechą. Jest mnóstwo genów, które są plastyczne na podobne sposoby; właściwie wiem o bardzo niewielu genach, na których ekspresję nie wpływa środowisko (może geny na polidaktylię u ludzi i kotów są tego przykładami).  

Niektóre geny mogą zmieniać ekspresję podczas życia organizmu. Koty dostają gęstsze futro na zimę i wracają do krótszego futra latem: geny produkujące włosy są odwracalnie plastyczne na temperaturę. Zając amerykański jest biały zimą i brązowy latem, odwracalny wypadek wrażliwości genów pigmentu na temperaturę.

Faktem jest, że od nastania genetyki mendlowskiej na początku XX wieku genetycy rozumieli plastyczność genów i cechy, do których daje wkład. Nazywało się to wówczas “zmienną ekspresywnością” lub “zmienną penetracją” genów, zależnie od środowiska. (Biała krew została opisana w 1945 roku.) Idea plastyczności wcale nie jest nowa i była zawarta w założycielskich pracach Nowoczesnej Syntezy Ewolucyjnej w latach 1930. i 1940. Była integralną częścią naszego nowoczesnego poglądu na rozwój, gdzie od dawna uznawano, że niemal żadne cechy nie są produkowane jako niezmienne przez geny działające niezależnie od środowiska, zaś ekspresja większości genów i cech odbywa się w interakcji między genami i środowiskiem.

Daję to wprowadzenie, ponieważ “New Scientist” w punkcie 1 swojej litanii udaje, że ta idea jest czymś nowym i podniecającym. W rzeczywistości, mówią powołując się na Projekt Odczytania Ludzkiego Genomu, że dopiero teraz rozumiemy, że ten rodzaj interakcji obala genetyczny determinizm:  

Im więcej dowiadujemy się o genetyce, tym jaśniejsze staje się, że “genetyczny determinizm” – myśl, że geny i tylko geny wyznaczają nasz los – jest mitem. Dany zestaw genów ma potencjał stworzenia rozmaitości dających się obserwować cech, znanych jako fenotyp, zależnie od środowiska.  Arktyczny lis zmienia kolor futra wraz z porą roku. Obecność drapieżnika powoduje, że pchle wodnej, Daphnia longicephala, wyrasta ochronny hełm i kolce.

Moc elastyczności

Także zmiany w społecznym środowisku mogą wywołać zmianę. U osy klecanki rdzaworożnej (Polistes dominula), na przykład, kiedy umiera królowa-matka, najstarsza robotnica przekształca się w nową królową. Ale nie ona jedna reaguje.  Seirian Sumner z University College London i jej koledzy odkryli, że śmierć królowej powoduje tymczasowe zmiany w ekspresji genów wszystkich robotnic, jak gdyby genetycznie przepychały się do sukcesji. Ta elastyczność jest kluczem do przetrwania gniazda i gatunku, mówi  Sumner.

Moc genetycznej plastyczności można zobaczyć u skromnej dziwuszki ogrodowej. W ciągu ostatnich 50 lat skolonizowała wschodnią połowę Ameryki Północnej, przenosząc się do habitatów od lasów sosnowych w pobliżu granicy z Kanadą do moczarów w Zatoce Meksykańskiej. Leżąca u podstaw plastyczność rozwojowa dziwuszki dostarczyła surowca, z którego wyewoluowały nowe cechy, włącznie z wieloma nowymi ubarwieniami i innymi cechami fizycznymi i behawioralnymi, mówi David Pfennig z University of North Carolina at Chapel Hill. “Przestańcie myśleć o tym jako pochodzące z genów albo ze środowiska, bo jest to połączenie jednego i drugiego” – powiedział.

To jest wszystko, co napisała (autorką tego punktu jest Carrie Arnold).

Zauważmy, że pewna plastyczność, jak wzrost włosów ssaków podczas zimy i kolor futra zająca amerykańskiego, wyewoluowała: zmienność genów w nowym środowisku jest zjawiskiem adaptacyjnym (tworząc więcej ciepła w zimie i lepszy kamuflaż zimą). Plastyczność nie zawsze jest daną i wrodzoną cechą genów, ale w wielu wypadkach wyewoluowała, kiedy organizmy doświadczały różnych środowisk podczas ewolucyjnej historii swojego gatunku, czyniąc zmienność bardziej korzystną niż trwałość.

Ponadto, można rozumieć “genetyczny determinizm” na dwa sposoby, które zlewają się w artykule. Pierwszy, można go widzieć jako proporcje zmienności jednej cechy organizmu w jednej populacji organizmów, spowodowanej zmiennością w genetycznym wyposażeniu osobników. Proporcja zmienności wśród osobników w populacji spowodowana zmiennością ich genów nazywa się odziedziczalnością tej cechy i waha się od 0% do 100%.  Na przykład, u ludzi odziedziczalność wzrostu w wielu populacjach wynosi około 80%, co znaczy, że około 80% różnic we wzroście u ludzi, jakie widzimy w danej populacji jest spowodowana zmiennością genów. To nie znaczy, że środowisko nie może wpłynąć na sam wzrost, bo ewidentnie może (użyłem powyżej przykładu odżywiania). W istniejących jednak w populacji warunkach można uznać odziedziczalność za indeks genetycznego determinizmu w danej populacji w istniejącym środowisku.

Można jednak także rozumieć genetyczny determinizm jako stopień, do jakiego na ekspresję genu w osobniku wpływa środowisko. Jeśli to rozumieją autorzy artykułu (a sądzę, że tak jest), to istotnie plastyczność pokazuje, że geny nie są wszystkim, co określa daną cechę.

Ważna rzeczą jest jednak to, co powiedziałem powyżej: TO WCALE NIE JEST NOWE! Jest albo ignorancją, albo zakłamaniem ze strony “New Scientist” udawanie, że genetyczna plastyczność jest zarówno niedawnym odkryciem, jak takim, który rewiduje neodarwinizm. Genetyczną plastyczność uznawano na długo zanim został sformułowany neodarwinizm w latach 1930. jako fuzję genetyki, historii przyrody i ewolucji, ponieważ genetyczna plastyczność jest znana od bardzo wczesnych dni genetyki – niemal od ponownego odkrycia prac Mendla w 1900 roku.

Tak więc, jeśli jesteście wystarczającymi masochistami, by przeczytać cały artykuł w “New Scientist”, możecie pójść dalej, kiedy dotrzecie do punktu 1; niczego tam nie ma. Jest to niemal tak, jakby autorzy natarczywie zachwalali twierdzenie że idea doboru naturalnego (która naprawdę nie była szeroko akceptowana do lat 1920.) była nowym i podniecającym dodatkiem do darwinizmu.

The intellectual vacuity of New Scientist’s evolution issue: 1 Genetic plasticity

Why Evolution Is True, 26 września 2020

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska