Ewolucja nie idzie prostą drogą
Wczoraj pisałem o tym, że rozwój technologiczny nie jest linią prostą, a lepsza technologia nie zawsze wypiera starszą technologię. Czasami tak się dzieje, ale tak samo dzieje się z wieloma innymi wzorcami zmian. Często konkurencyjne technologie mają zestaw względnych mocnych i słabych stron i trudno przewidzieć, która z nich zwycięży. Ponadto konkurencyjne technologie mogą istnieć obok siebie przez długi czas. Czasami po eksperymentowaniu z nowymi technologiami ludzie mogą powrócić do starszych i prostszych metod, ponieważ wybierają inny zestaw kompromisów.
Podobnie ewolucja biologiczna nie jest linią prostą, w której „bardziej zaawansowane” gatunki zastępują bardziej prymitywne. Adaptacja do lokalnego środowiska jest rzeczą względną, a wiele cech biologicznych wymaga złożonego zestawu kompromisów. W ewolucji technologicznej (i każdej ewolucji kulturowej) idee mogą pochodzić z dowolnego miejsca i rozprzestrzeniać się w dowolny sposób (chociaż niektóre są bardziej prawdopodobne niż inne). Ewolucja biologiczna jest bardziej ograniczona. Może działać tylko z materiałem, który ma pod ręką, a informacje są przekazywane głównie pionowo, od rodziców do dziecka. Ale istnieje również poziomy transfer genów w ewolucji, jest hybrydyzacja, a nawet mutacje wsteczne. Ogólny wzór to złożony, rozgałęziony krzew, rozchodzący się w wielu kierunkach. Jakakolwiek długoterminowa kierunkowość w ewolucji jest prawdopodobnie tylko epifenomenem.
Paleontolodzy próbują dokonać inżynierii wstecznej mnóstwa złożonych rozgałęzionych krzaków relacji ewolucyjnych, wykorzystując niekompletny zapis kopalny, a ostatnio także analizę genetyczną. To jednak może być niezwykle trudne, ponieważ nie zawsze jest oczywiste, jak narysować linie, aby połączyć kropki. Najprostszy lub najbardziej oczywisty wzór może nie być prawdziwy. Niedawne odkrycie dotyczące ewolucji ptaków podkreśla ten fakt. Obecnie dość dobrze wiadomo, że ptaki wyewoluowały z dinozaurów teropodów. Dowody są przytłaczające i przekonujące. Kreacjoniści, którzy przewidywali, że ptaki na zawsze pozostaną odizolowaną grupą, wyszli na błaznów.
Ale oczywiście istnieje wiele drobnych szczegółów, które należy opracować na temat ewolucji wczesnych ptaków. Jednym z takich szczegółów jest podniebienie. U dinozaurów i co najmniej jednej podstawowej grupy ptaków, grupa obejmująca strusie i emu, ma zrośnięte podniebienie i ogólnie mniej ruchomą czaszkę. Jednak 99% zachowanych ptaków ma ruchome podniebienie, co zapewnia ich czaszce większą mobilność i zwiększoną zwinność dziobów. Doprowadziło to do domyślnego prostego założenia, że wczesne ptaki miały zrośnięte podniebienia, podobne do ich przodków dinozaurów, ale później ptaki wyewoluowały podniebienie niezrośnięte. Emu i strusie odgałęziały się od wczesnej podstawy ptasiego drzewa, zanim rozwinęło się niezespolone podniebienie. W rezultacie powstały dwie grupy istniejących ptaków, paleognatyczne (z sztywnym podniebieniem) i neognatyczne (z ruchomym połączeniem kości podniebienia i dziobu).
Częścią problemu z tym modelem jest jednak to, że nie mamy wielu okazów z dobrze zachowanymi podniebieniami z krytycznego okresu. To zawsze pozostawia otwarte drzwi dla jednej dobrej skamieniałości, by zmienić obraz i wymusić przerysowanie linii – i dokładnie tak się stało. Pytanie brzmi – czy ta pierwotna grupa przodków ptaków, Neornithes, ma podniebienie zrośnięte czy nie? W przypadku fuzji klasyczny obraz jest prawdopodobnie prawdziwy. Jeśli nie jest zespolony, klasyczny obraz musi być fałszywy i potrzebujemy nowego sposobu na narysowanie linii ewolucyjnych relacji.
Dowody pochodzą z okazu Janavis finalidens, skamieliny pradawnego ptaka. Okaz został faktycznie odkryty w latach 90. XX wieku, a po raz pierwszy opisany w 2002 roku. Znajduje się głównie w skale, więc można było zbadać tylko niewielką część samej skamieniałości. Jednak okaz został niedawno poddany analizie przy użyciu technologii skanowania CT, co pozwoliło na jego pełną rekonstrukcję. I teraz badacze odkryli – ruchome podniebienie. Ten okaz pochodzi sprzed 66,7 miliona lat, przed wydarzeniem, które zabiło nieptasie dinozaury. To jest wczesny przodek ptaka. Nadal ma zęby. Żył również przed punktem rozejścia się, który prowadzi do emu i strusi, które mają sztywne podniebienia. Jak to możliwe?
Grupa emu musiała wyewoluować sztywne podniebienie po tym, jak oddzieliła się od współczesnych ptaków, które już wyewoluowały podniebienie ruchome. Może się to zdarzyć w wyniku mutacji wstecznych. W przypadku braku jakiejkolwiek ewolucyjnej presji na utrzymanie niezrośniętego podniebienia, mutacja mogła cofnąć zmianę, która doprowadziła do niezrośniętego podniebienia. Prawdopodobnie nie stworzyłoby to identycznej anatomii jak starsi przodkowie ze zrośniętym podniebieniem, ale mogłoby wyglądać na tyle podobnie, że można by pomylić je z zachowaną cechą. Inny przykład tego ogólnego zjawiska pochodzi od tej samej grupy ptaków, które są wtórnie nielotne. Strusie i emu nie latają, ale ich przodkowie latali. Jednak powierzchownie wygląda to, że są bardziej podobne do swoich jeszcze bardziej starożytnych pierzastych przodków dinozaurów.
To wszystko ma sens, gdy porzucimy stare przekonanie, że ewolucja jest ze swojej natury postępowa, że dąży do celu lub że nieuchronnie prowadzi od bardziej prymitywnych do bardziej zaawansowanych form. Nic z tego nie jest prawdą. Siły ewolucyjne po prostu dostosowują populacje do ich lokalnego środowiska – niezależnie od kierunku, do którego może to prowadzić. To prawie nigdy nie jest linia prosta.
Evolution Is Not a Straight Line
NeuroLogica Blog, 2 grudnia 2022
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Neurolog, wykładowca na Yale University School of Medicine. Przewodniczący i współzałożyciel New England Skeptical Society. Twórca popularnych (cotygodniowych) podkastów o nauce The Skeptics’ Guide to the Universe. Jest również dyrektorem Science-Based Medicine będącej częścią James Randi Educational Foundation (JREF), członek Committee for Skeptical Inquiry (CSI) oraz członek założyciel Institute for Science in Medicine. Prowadzi blog Neurologica.