Seks paproci i kreacjoniści

Przez sekwencjonowanie jednego genu jądrowego (gapCp “short”) rodziców, hybrydy i wielu gatunków w obu rodzajach domniemanej hybrydy autorzy chcieli zobaczyć, czy hybryda ma mieszankę genów domniemanych rodziców, jak oczekiwalibyśmy u hybrydy, która rzeczywiście jest hybrydą. Datowali również gałęzie drzewa rodowego, używając pięciu genów, które zsekwencjonowali wcześniej. Użyli także sekwencji genów do naszkicowania filogenezy, czyli drzewa ewolucyjnego, obu grup, żeby ustalić, jak dawno temu rozeszły się.

Potem zespół Rothfelsa przygotował preparaty mejotycznych chromosomów z domniemanej hybrydy i z gatunków rodzajów rodzicielskich, które pokazały, jak chromosomy hybrydy układały się w pary podczas mejozy (procesu tworzenia się gamet). To mogło także pokazać, czy chromosomy domniemanej hybrydy wydawały się być mieszanką chromosomów obu grup rodzicielskich i czy cokolwiek w hybrydzie poszło nie tak jak należy, co uczyniło ją sterylną.

Wyniki:

• Hybryda istotnie wydaje się mieć mieszankę alleli (postaci genów) od rodzajów rodzicielskich: miała cztery wersje genu gapCp, dwa blisko spokrewnione z Cystopteris i dwa inne z Gymnocarpium. Weryfikuje to hipotezę, że ta domniemana hybryda jest rzeczywistą hybrydą między tymi rodzajami. (Te dwa allele Gymnocarpium same dawno rozeszły się, co wskazuje, że jeden gatunek rodzicielski sam był “allotetraploidem” stworzonym przez prastarą hybrydyzację między dwoma gatunkami wewnątrz Gymnocarpium.) Podobieństwo sekwencji tych dwóch genów do żyjących gatunków wskazuje, że jednym rodzicem była kosmopolityczna G. dryopteris, która ma 160 chromosomów. (Paprocie mają olbrzymią liczbę chromosomów!) Drugi rodzic został wstępnie zidentyfikowany jako członek europejskiej C. fragilis, która jest mieszanką poliploidów, z liczbą chromosomów wahającą się od 168 do około 336 (trudno jest policzyć mnóstwo maleńkich chromosomów w rozgniecionej na płasko komórce trójwymiarowej).

• Analiza chromosomów pokazała około 160 chromosomów w hybrydzie, co jest zbliżone do tego, czego oczekuje się od hybrydy między tymi gatunkami (½ x 160 + ½ x 168 = 164). Trudno ustalić dokładną liczbę chromosomów, ponieważ oczywiście chromosomy układają się w pary podczas mejozy (pamiętacie podstawowy kurs biologii?) Tutaj jest obraz profazy u hybrydy, kiedy chromosomy zaczynają układać się w pary i same już są podwojone. Część chromosomów jest ułożona parami, ale inne nie są, czego oczekuje się, jeśli układanie się w pary zachodzi między “homologicznymi” chromosomami wewnątrz genomu jednego gatunku rodzicielskiego, ale nie zachodzi między chromosomami z różnych rodzajów.

Poniżej można zobaczyć drugi obraz mejozy podczas metafazy, kiedy chromosomy  przesuwają się do płaszczyzny równikowej, by podzielić się na komórki potomne. Można zobaczyć, że niektóre chromosomy są ułożone poprawnie, podczas gdy inne pływają wokół w cytoplazmie. Znaczy to, że będzie chaotyczny przydział chromosomów do każdej komórki potomnej, która tworzy haploidalny zarodnik (rozmnażanie paproci jest skomplikowane; więcej szczegółów tutaj). A zarodnik, którzy tworzy “gametofit” – haploidalną roślinkę, która, produkując plemniki i jajeczka, tworzy diploidalną roślinę – nie będzie zawierał całego materiału genetycznego. To jak gdyby kobieta lub mężczyzna wytworzyli jajeczko lub plemnik, któremu brakuje kilku chromosomów: ten osobnik byłby sterylny, ponieważ każda „zygota”, która powstanie po zapłodnieniu obumrze na wczesnym etapie rozwoju. Nie rozwinie się płód.  

Chociaż więc ta hybrydowa paproć istotnie była hybrydą i była zdolna do życia, ponieważ rozwinęła się w dorosłą roślinę, była niemniej sterylna i była jednostkową anomalią, która sama nie była członkiem nowego gatunku. Ponadto, ponieważ dwa gatunki rodzicielskie są izolowane reprodukcyjnie, ale wytworzyły zdolną do życia ale całkowicie sterylną hybrydę, więc wyraźnie należą one do różnych gatunków biologicznych.

• Kalibrowane dane molekularne pokazuję, że te dwa rodzaje rodzicielskie rozeszły się z grubsza biorąc 58 milionów lat temu (przedział ufności między 40 a 76 milionów lat). Jest to najstarsze znane rozejście się między jakąkolwiek parą gatunków, które mogą tworzyć hybrydy. Żeby pokazać, jak jest to odległe: wieloryby i hipopotamy rozeszły się dopiero 54 miliony lat temu, a ludzie i lemury około 74 milionów lat temu. Ta obserwacja odpowiada więc otrzymaniu zdolnej do życia hybrydy między waleniami i hipopotamami lub między lemurami i ludźmi! Istnieje jednak kilka przypadków zwierząt produkujących hybrydy, które rozeszły się niemal równie dawno. W naszej książce Speciation, Allen Orr i ja podaliśmy rekord dla zwierząt: zdolna do życia hybryda kury domowej i afrykańskiej perlicy zwyczajnej, które rozeszły się około 54 miliony lat temu (hybryda była anormalna i nie było danych o jej płodności). Jest więc możliwe dla grup, które rozeszły się w zamierzchłej przeszłości, wytworzenie zdolnych do życia hybryd u zwierząt, a może i u kwitnących roślin.

• Wreszcie, patrząc na genetyczne rozbieżności między postaciami genu gapCp u gatunków rodzicielskich i u hybrydy, możemy ocenić, jak dawno temu miała miejsce hybrydyzacja. Różnice genetyczne są bardzo małe, a więc hybryda musiała powstać stosunkowo niedawno. Mimo że jest to jedna roślina, może rozmnażać się przez klonowanie poprzez kłącza, było więc możliwe, że hybryda istniała już przez długi czas. Ale tego nie robiła.

Autorzy stawiają hipotezę, że paprocie mogą być wyjątkowo zdolne do tworzenia zdolnych do życia hybryd w naturze między dwoma gatunkami, które rozeszły się dawno temu, z powodu pewnej cechy ich systemu rozrodczego: plemnik i jajeczko łączą się po prostu spotykając się na warstewce wody na gametoficie, nie ma więc potrzeby skomplikowanych form zachowania seksualnego u zwierząt lub użycia zapylaczy u wielu roślin kwitnących. Te postaci zapłodnienia podnoszą możliwość innych postaci izolacji reprodukcyjnej, która nie mogła wyewoluować u paproci – na przykład, różnicy w feromonach u zwierząt lub zapylaczy u roślin. To zdaniem autorów mogło spowolnić tempo tworzenia się gatunków u paproci, ponieważ „niezgodności genetyczne mogą tworzyć się wolniej”. Innymi słowy, jeśli inne sposoby tworzenia izolacji reprodukcyjnej nie mogły powstać u paproci, specjacja wśród nich może zachodzić wolniej.

Problem polega na tym, że choć hybryda paproci jest zdolna do życia, jest także całkowicie sterylna, a więc jest tam wystarczająco dużo niezgodności (być może w liczbie chromosomów), by uczynić z rodziców pełne gatunki biologiczne. Tak więc nie mamy jeszcze wystarczających dowodów, by pokazać, że proces specjacji jest wolniejszy u paproci niż u innych gatunków. Być może ewolucja „pre-zygotycznej izolacji” (bariery reprodukcyjne powstające przed zapłodnieniem, jak izolacja ekologiczna lub seksualna) jest wolniejsza u paproci niż u innych gatunków, ale nie wiemy jeszcze, jak wielki wkład ma taka izolacji do specjacji i z pewnością nie mamy wystarczających danych, by wyciągać ogólne wnioski o tempie tworzenia się gatunków na podstawie jednej hybrydy.

Niemniej, jest to dobra praca, dokumentująca tworzenie się zdolnej do życia hybrydy między gatunkami, które rozeszły się niezmiernie dawno temu, a także pokazująca rekord Guinnessa w zdolności do tworzenia zdolnych do życia hybryd. (Jaka szkoda, że Guinness nie przyznaje takich rekordów!)

*******

Na witrynie internetowej Baptist Press (kreacjonistycznej Southern Baptist Convention), pismak z Discovery Institute, Casey Luskin, posłużył się tą pracą, żeby twierdzić, iż paprocie naruszają teorię ewolucji. Jego artykuł nosi tytuł “New fern discovery a ‘problem’ for evolutionists”. Nie potrzeba mówić, że nie ma żadnego problemu. Cała praca Rothfelsa i in. nie wspomina żadnego problemu z teorią ewolucji. W końcu to, co odkryli, jest po prostu zaskakującą zdolnością tworzenia zdolnej do życia hybrydy między gatunkami, które rozeszły się dawno temu. W żadnym razie jednak nie jest tak, że „nie potwierdza to paradygmatu ewolucyjnego”, jak twierdzi Luskin, bo teoria ewolucyjna nie mówi niczego o tym, jak długo gatunki mogą być rozdzielone, ale nadal tworzyć zdolne do życia hybrydy. I proszę pamiętać, że są to nadal odrębne gatunki rodzicielskie – hybrydy są zdolne do życia, ale (słowami drosofilisty Duane Jeffreya) są „bezpłodne jak łomy”.

Tutaj jest kolejna krytyczna wypowiedź Luskina:

Badacze doszli do wniosku, że odkrycie tej paproci sugeruje, że różnorodności istniejących dzisiaj gatunków nie można w pełni wyjaśnić przez adaptację, ale może także być produktem różnego tempa zegara specjacji, tempa, w jakim dany typ organizmów rozwija niezgodność reprodukcyjną z innymi spokrewnionymi gatunkami.

Jest to całkowicie fałszywe. Autorzy sugerują, że zegar “specjacji” może biec wolniej u paproci niż u innych gatunków, choć moim zdaniem potrzebujemy więcej danych przed wyciągnięciem takiego wniosku. Nawet jednak, gdyby to robił, nie stanowiłoby to naruszenia „paradygmatu ewolucyjnego”, ponieważ spodziewamy się, że grupy podlegają specjacji w różnym tempie. Orr i ja omawiamy to w naszej książce. Jeśli specjacja jest – w zasadzie – produktem ubocznym adaptacji, a różne grupy adaptują się w różnym tempie (co także jest całkowicie oczekiwane), to oczywiście różne grupy będą w różnym tempie tworzyć gatunki. W ostatnim rozdziale Speciation zajmujemy się tą właśnie kwestią, analizując, jakie siły doboru mogą prowadzić do różnego tempa specjacji.

Nigdzie Rothfels i in. nie sugerują, że specjacji nie można wyjaśnić przez adaptację. Tym, co sugerują, jest, że adaptacje różnych grup (tj. system reprodukcji paproci kontra inne taksony) mogą powodować, że ulegają specjacji w różnym tempie. Może to być rodzaj „doboru gatunków”, w którym różnorodność grup, własność wyższego rzędu, zależy od ich własności niższego rzędu. Orr i ja omawialiśmy to w ostatnim rozdziale naszej książki i z pewnością nie jest to usterka w darwinizmie, bo jest możliwe, że dobór naturalny działa na różnych poziomach hierarchii biologicznej.

Wreszcie, Fazale Rana, “biochemik” aReasons to Believe (organizacja kreacjonistów starej ziemi Hugha Rossa) mówi, że ta nowa praca “na dwa sposoby potwierdza kreacjonizm”:

• “Po pierwsze, ‘stanowi problem dla ewolucjonistów, ponieważ pokazuje, że odkrywa się rzeczy, które nie potwierdzają paradygmatu ewolucyjnego – powiedział Rana. – Nie spodziewałbyś się, że zajdzie hybrydyzacja. To jest robota stwórcy użyta do stworzenia nowego organizmu’”.

Jak powiedziałem, nie ma oczekiwań a priori jak szybko może zniknąć hybrydyzacja, a więc nie jest to problem dla ewolucjonistów.

• “Po drugie, gatunek, który może zaadaptować się do środowiska i dać początek gatunkom siostrzanym, pokazuje projekt Boga, dającego żywym stworzeniom zdolność reagowania na zmiany w środowisku”.

Znamy już sposób, w jaki gatunki reagują na zmiany w środowisku bez potrzeby boga. Nazywa się „dobór naturalny”. Rana wydaje się być pogrążony w epoce przed 1859 r. – ostatnim czasie, kiedy racjonalni ludzie widzieli projekt jako prima facie dowód na istnienie Boga.

 _____

Rothfels, C. J., A. K. Johnson, P. H. Hovenkamp, D. L. Swofford, H. C. Roskam, C. R. Fraser-Jenkins, Windham, Michael D., and K. M. D.-. Pryer. 2015. Natural hybridization between genera that diverged from each other approximately 60 million years ago. The American Naturalist 185:433-442.

h/t: Bob F.

Long diverged fern species hybridize: dumb creationists say it violates theory of evolution

Why Evolution Is True, 12 marca 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska