Wiecej niemądrych twierdzeń, że epigenetyka całkowicie zrewiduje nasz pogląd na ewolucję

Ukazał się interesujący nowy artykuł o genetycznej podstawie utraty oczu u ryb jaskiniowych w biorxiv (jeszcze nie recenzowany przez specjalistów) autorstwa Aniket Gore i in. Streszcza go także “New Scientist” w artykule on-line poniżej, jak też w papierowej wersji tego pisma, które widziałem w Cambridge. Pokrótce streszczę tę prace, ale tym, co mnie najpierw zainteresowało, był sposób opisu w „New Scientist”. 

Pierwotny tytuł w wersji papierowej brzmiał “Dziwna ewolucja ślepych ryb jaskiniowych”, ale obecnie to widać w wersji on-line: 

Nie jest to wielka różnica. Co jednak jest różnicą, to opis tego samego wyniku w wersji papierowej kontra wersja on-line, która, jak podejrzewam, była późniejsza (lub została zmieniona). Wersja papierowa mówi to (h/t dla Andrew Berry za zrzut z ekranu):

To skłania do myślenia, że badacze znaleźli coś, co może prowadzić do zrewidowania  “standardowego poglądu na ewolucję”. Ale pierwszy akapit wersji on-line w żadnym razie nie jest równie stanowczy:

Odkryliśmy, dlaczego lustrzeń meksykański [ślepczyk jaskiniowy] nie ma oczu – i zaskakującą odpowiedź podchwycą prawdopodobnie ci, którzy uważają, że standardowy pogląd na ewolucję wymaga rewizji.

Moim zdaniem jest to wielka różnica, bo tutaj uderzający wynik jest tym, co “podchwycą” ludzie, którzy już “ uważają, że „standardowy pogląd na ewolucję wymaga rewizji”. I ta wersja on-line jest poprawniejsza, bo w tej pracy po prostu nie ma niczego, co prowadziłoby nas do wezwań o rewizję – czy choćby o „ponowne zbadanie” standardowej teorii darwinowskiej. Ten akapit zmienia się z zachwalania wyniku jako potencjalnego wykazania błędu w teorii ewolucji do stwierdzenia, że ci, którym ta teoria już się nie podoba, mogliby użyć wyniku tego badania jako amunicji przeciwko teorii. Ci ludzie jednak, jak zobaczymy, mylą się.

Co więc odkryto? Wiemy, że lustrzeń meksykański, Astyanax mexicanus, ma pewne ślepe formy, które utraciły oczy po zamieszkaniu w jaskiniach. U ślepych ryb oczy zaczynają rozwijać się normalnie, ale zaczątki oczu zaczynają się cofać (nawiasem mówiąc, jest to dowód na ewolucję) i pozostają z oczyma różnej wielkości – lub w ogóle bez oczu. Jest około trzydziestu różnych ślepych form w różnych jaskiniach i wiele z nich rozwinęło się niezależnie od form z normalnymi oczyma, które żyją na powierzchni. Ślepej i widzącej formy nie uważa się za dwa różne gatunki, ponieważ mogą kojarzyć się ze sobą, jak też dlatego, że ślepe formy nie są bliżej spokrewnione ze sobą niż są z formami widzącymi. Lepiej jest uważać je za „ekotypy” lub „morfy” [postaci] niż za gatunki.

Tutaj są dwie formy: widząca na górze, ślepa na dole:

Dlaczego te ryby, podobnie jak wiele zwierząt, które zamieszkują jaskinie i tam ewoluują, straciły oczy? Nie jesteśmy pewni, ale jest kilka teorii. Jeśli masz oczy, których nie potrzebujesz, bo jest ciemno (te ryby poruszają się używając swoich linii nabocznych), to możesz zdobyć korzyści reprodukcyjne przez skierowanie metabolicznej energii potrzebnej do stworzenia oczu na inne cechy, które wspomagają reprodukcję, takie jak gonady lub jajeczka. Albo też utrata oczu może być korzystna, ponieważ poza tym, że oczy są bezużyteczne w jaskiniach, łatwo je uszkodzić lub zakazić, a więc ich utrata może wzmocnić szanse przeżycia i rozmnożenia się. Alternatywnie, mutacja, która prowadzi to utraty oczu, która normalnie jest eliminowana w populacji na powierzchni, może nagromadzić się z upływem czasu w jaskiniach, a więc oczy w końcu znikają po kilkunastu pokoleniach. Albo też te czynniki i inne, których nie wspomniałem, mogą działać razem. Nie mamy w tej sprawie żadnej pewności, ale można wymyślić sposoby na przetestowanie tych hipotez.

Tym, co odkryli ci badacze i co tak podekscytowało redaktorów, że mówią o rewidowaniu teorii ewolucji, było, że geny, które normalnie powodują tworzenie się oczu, wydają się być wyłączone nie przez zmiany w sekwencji DNA spowodowane mutacją, ale przez “metylację”: zmiany epigenetyczne, w których grupy metylowe przywierają do zasad DNA w tworzących oczy genach, przypuszczalnie wyłączając je. Jak piszą autorzy: Chociaż centralna rola metylacji DNA w rozwoju i w chorobach jest dobrze udokumentowana, nasze wyniki sugerują, że proces epigenetyczny może odgrywać równie ważną rolę w ewolucji adaptacyjnej”.

No cóż, już wiemy, że procesy epigenetyczne odgrywają rolę w ewolucji adaptacyjnej, bowiem sposób, w jaki następuje rozwój – sposób, w jaki komórki różnicują się w miarę rozwoju z jednego, zapłodnionego jajeczka – dzieje się w znacznej mierze poprzez nabywanie metylowych grup, które mogą być dziedziczone wewnątrz ciała wraz z podziałem komórki. To jest, pozycja komórki i wpływy na nią mogą spowodować, że nabędzie oznaki metylacji, które skierują ją na inną drogę rozwoju: komórka wątroby, komórka nerek, komórka kości i tak dalej. Ale te zmiany, wszystkie dziedziczone w komórkach tego samego ciała, mogą wynikać z doboru naturalnego: są adaptacyjne, ponieważ posiadanie różnych rodzajów komórek i tkanek jest adaptacyjne. Tym, co się dzieje, jest, że sam program DNA w jajeczku zawiera informację, która mówi: „metyluj komórkę X w genach Y i Z, jeśli doświadczasz warunku C” i tak dalej. Chociaż w rozwoju jest dużo więcej niż proste zróżnicowane włączanie i wyłączanie genów przez metylację, jest to ważny sposób, w jaki dzieje się rozwój w wielokomórkowych organizmach.

Chodzi o to, że w żadnym sensie nie jest to pogwałcenie teorii ewolucji. Rozkazy dokonania metylacji w pewnych warunkach i efekty metylowanego genu wyewoluowały przez zmiany w sekwencjach DNA, które kontrolują metylację innych sekwencji DNA. Jest to po prostu wyewoluowany sposób regulacji genów.

Tym, co prawdopodobnie zdarzyło się u tych ryb jaskiniowych, jest więc, że w formach jaskiniowych zmieniły się inne geny, “regulatorowe”, które dostarczają instrukcje w rodzaju: „hej tam, gen Y: w pewnym momencie dołączasz grupy metylowe do genów na tworzenie oka, wyłączając je i powodując degenerację oczu”. To mogło z łatwością wyewoluować przez konwencjonalny dobór naturalny. 

(Ponieważ wydaje się, że nie ma żadnych zmian w sekwencjach DNA samych tworzących oczy genów, nie jest prawdopodobne, że one same wyewoluowały bezpośrednią wrażliwość na warunki środowiskowe i potrafią wyłączyć się w ciemności. Ślepe ryby jaskiniowe hodowane w świetle, jak to robi wielu akwarystów, nie rozwijają oczu. Gdzieś w genomie ryb jaskiniowych jest jakaś wyewoluowana zmiana, która po prostu wyłącza oczy, niezależnie od środowiska, a robi to przez metylację.)

Tak więc nie ma tu żadnego wyzwania wobec konwencjonalnej teorii ewolucyjnej. W rzeczywistości, „New Scientist”, za co należy mu się uznanie, cytuje naukowca, który mówi:

“To jest niezwykle interesująca praca” – mówi biolog ewolucyjny  Douglas Futuyma z Stony Brook University w Nowym Jorku. Nie sądzi on jednak, by stanowiła jakiekolwiek wyzwanie wobec standardowej teorii ewolucyjnej, jako że zmiana epigenetyczna sama jest najprawdopodobniej wynikiem zmiany genetycznej.

Zespół Gore pokazuje, że wyciszenie genów oczu spowodowane jest wzmożoną aktywnością konkretnego genu zaangażowanego w metylację, podkreśla Futuyma. Pytaniem więc jest, co powoduje wzmożoną aktywność tego genu?

“Sądzę, że jest prawdopodobne, iż nastąpiła zmiana w sekwencji DNA tego genu” – odpowiada Futuyma.

Zgadzam się. Niemniej Eva Jablonka, zawsze wielka orędowniczka hasła “neodarwinizm jest błędny”, uważa, że dzieje się coś innego: że sygnał do metylowania genów powodujący brak oczu nie pochodzi od innych genów, ale od samego środowiska! To jest, w jakiś sposób obecność ciemności jest efektem środowiskowym, który metyluje tworzące oczy geny w adaptacyjny sposób, powodując znikanie oczu.

To byłby rodzaj środowiskowej epigenetyki, który rzeczywiście jest nie-darwinowski, bo byłoby to “Lamarckowskie” dziedziczenie, w którym środowiskowo nabyta zmiana w jakiś sposób zostaje adaptacyjnie włączona do DNA i jest dziedziczona przez kolejne pokolenia. Jak mówiłem wielokrotnie, nie mamy przykładów, żeby taka nabyta metylacja trwała dłużej niż przez dwa lub trzy pokolenia, a więc nie ma dowodów, że może służyć jako stabilna podstawa dziedziczenia, a tym mniej adaptacji.  

Niemniej Jablonka upiera się:

Jablonka jednak uważa, że tylko odziedziczone zmiany epigenetyczne mogą wyjaśnić utratę oczu. Co więcej, sądzi także, że jest możliwe, iż te zmiany w jakiś sposób wywołało środowisko jaskini. Byłby to rodzaj Lamarckowkiej ewolucji: koncepcja, że zmiany nabyte za życia osobnika mogą być przekazane potomkom.   

Z braku dowodów, że taka nabyta metylacja jest stabilna przez pokolenia, nie jest to wiarygodne. (Proszę zauważyć, że autorzy pracy tego nie twierdzą.) I dlatego bardziej racjonalni ewolucjoniści nie zaakceptują takiej Lamarckowskiej ewolucji, dopóki nie znajdziemy dobrych dowodów. 

Artykuł kończy się dodatkowymi wątpliwościami:

David Shuker z University of Edinburgh w Wielkiej Brytanii nie jest przekonany ani tym, ani żadnym innym proponowanym przykładem ewolucji poprzez mechanizmy epigenetyczne.

Nie ulega wątpliwości, że niektóre zwierzęta reagują na środowisko mechanizmami epigenetycznymi, mówi, ale te mechanizmy wyewoluowały poprzez zmiany genetyczne. „Idzie to przez genetycznie zbudowane układy” – mówi Shuker.

Tak więc, podobnie jak Futuyma, uważa on, ze standardowe procesy ewolucyjne, takie jak mutacja i dobór naturalny, nadal wyjaśniają wszystko, co odkryliśmy. 

“Zawsze znajdujemy nowe sposoby, na jakie te procesy się przejawiają – mówi Shuker. – Odkryliśmy wiele zdumiewających rzeczy”. Ale podstawowe zasady pozostają w mocy – dodaje.

Shuker jest podejrzliwy wobec niektórych starań o promowanie idei “rozszerzonej syntezy ewolucyjnej”. Uważa, że ludzie próbują wsunąć idee religijne do teorii ewolucyjnej.

“Próbują przypisać sprawstwo organizmom nie kontrolowanym przez geny” – mówi.

Nie znam dra Shukera (Futuyma jest moim kumplem), ale bardzo go lubię! W każdym razie redaktorzy, którzy zdali sobie sprawę z tego, że tylko Jablonka (i może kilku innych ewolucjonistów mających słabość do kiepsko podbudowanych poglądów) propagują ten rodzaj dziedziczenia jako coś, co wymaga od nas rewizji teorii ewolucji, powściągnęli w „New Scientist” entuzjazm widoczny w ich pierwotnym akapicie. Jest wystarczająco ciekawe odkrycie, że „geny oczu” ryb straciły możliwość ulegania ekspresji poprzez metylację powodowaną przez inne geny; nie musimy szaleć i postulować nowych teorii ewolucji.

________

A. V. Gore et al. 2017. An epigenetic mechanism for cavefish eye degeneration. Biorxiv, online.

More dumb claims that environmental epigenetics will completely revise our view of evolution

Why Evolution Is True, 27 października 2017

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Profesor (emeritus) na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji.  Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków.  Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.