Prof dr hab. Janusz Stanisław Keller
EWOLUCJA CZY KONSERWATYZM GENETYCZNY? (2)
Od cechy do genu
Jako jeden z przykładów świadczących o wielkości tego dystansu może tu służyć choćby fakt, że w czasach Darwina nie istniało jeszcze nawet pojęcie „genu” jako podstawowej materialnej jednostki dziedziczności, bowiem zostało ono wprowadzone do nauki dopiero przez W.L. Johannsena w 1909 r.
W XIX w. organizm żywy rozpatrywany był głównie na poziomie cech zewnętrznych, widzialnych i mierzalnych, tak zwanych fenotypowych,czego wymownym dowodem może być dzieło życia innego wielkiego biologa żyjącego wówczas, a mianowicie J.G. Mendla. Zakonnik ten wydał w Brnie w roku 1866 prace pod tytułem Badania nad mieszańcami roślin, w której sformułował po raz pierwszy w historii biologii dwa prawa dotyczące reguł przekazywania przez organizmy żywe swych cech dziedzicznych. Krzyżując dwie wyselekcjonowane linie grochu, Mendel stwierdził, że jeżeli w określonej populacji organizmów żywych występuje jakaś cecha w dwóch wariantach przeciwstawnych (na przykład kwiaty białe i kwiaty czerwone), to w dowolnie wybranej pojedynczej komórce płciowej (gamecie) pochodzącej od którejś z tych linii może występować jedynie jeden z pary czynników dziedzicznychwarunkujących omawiane warianty przeciwstawne. Mendel nazwał odkrytą przez siebie regułę prawem czystości gameti dodał, że siła ekspresji takich czynników dziedzicznych może być różna: jeden z nich może w pełni lub częściowo dominować nad drugim, ale może też być wręcz recesywny w stosunku do niego. Dla naszych rozważać jeszcze ważniejsze jest drugie ogólne prawo Mendla, mówiące o niezależnym dziedziczeniu się poszczególnych cech,na przykład koloru kwiatów i kształtu nasion u grochu. Darwin nie znał prawdopodobnie prac Mendla, ale omawiane prawa dowodzą, że w połowie XIX w. cechy fenotypowe traktowane były jako jednostki autonomiczne, a integralność całego organizmu była niedoceniana.
Pierwszy chyba istotniejszy wkład do tej dziedziny wiedzy wniosły dopiero w pierwszej połowie XX w. prace amerykańskiego twórcy cytogenetyki, T.H. Morgana, który w roku 1933 otrzymał Nagrodę Nobla za sformułowanie chromosomowej teorii dziedziczenia,co przeniosło płaszczyznę rozważań o dziedziczności na poziom komórkowy, wskazując na istnienie niejako wydzielonej substancji dziedzicznejorganizmów zlokalizowanej w ich komórkach.Prawdziwy przełom w genetyce spowodowało jednak dopiero odkrycie struktury i znaczenia kwasów nukleinowych oraz ich roli w mechanizmie biosyntezy białka, za które to badania F.H.C. Crick, J.D. Watson oraz M.H.F. Wilkinson otrzymali Nagrodę Nobla w roku 1962.
W drugiej połowie XX wieku nowe odkrycia w fizjologii, biochemii, genetyce molekularnej, genetyce populacji i ekologii potoczyły się tak lawinowo, że obecnie można śmiało zaryzykować twierdzenie, że rozważania biologów z połowy wieku XIX mają dla nas znaczenie głównie historyczne.
Bardzo istotnie zmieniło się przede wszystkim ogólne spojrzenie na zwierzę; teraz każdy biolog zdaje sobie doskonale sprawę z tego, że jednostką funkcjonalną jest cały organizm, a nie – skrzydło, oko, serce czy mięsień. Rozwój fizjologii i biochemii doprowadził do dość już szczegółowej znajomości różnorodnych, bardzo skomplikowanych powiązań enzymatycznych między wszystkimi procesami biochemicznymi zachodzącymi w pojedynczej komórce, jak też mechanizmów neurohormonalnych integrujących funkcje wszystkich komórek, tkanek, narządów wewnętrznych i ich układów w organizmie wielokomórkowym. Obecnie wiemy doskonale, że jakiekolwiek naruszenie tej doskonałej równowagi w obrębie współdziałań, jakie istnieją między pozornie bardzo odległymi od siebie elementami organizmu żywego natychmiast powoduje bardzo rozległe i różnorodne skutki w funkcjonowaniu całości. Na przykład w czasie aktywności ruchowej biorą czynny udział nie tylko mięśnie szkieletowe, ale również – układ kostny, oddechowy, krążenia, nerwowy, hormonalny itd.
Ta globalizacja spojrzenia ma tutaj istotne znaczenie, bowiem cała teoria ewolucji Darwina jest oparta na zmienności pojedynczych cech i na doborze naturalnym utrwalającym zmiany korzystne. Darwin zdawał sobie oczywiście sprawę z tego, że żadnemu gadowi nie wyrosły nagle skrzydła i nie powstał w ten sposób ptak, ale uważał, że bardzo niewielkie, spontaniczne, zupełnie przypadkowe zmiany zachodzące w organizmach wielu gadów, a potencjalnie sprzyjające wytworzeniu się na przykład skrzydeł, kumulowały się w ciągu milionów lat i doprowadziły w końcu do ukształtowania się ptaków zdolnych unosić się w powietrzu.
Charakterystyczne jest, że w czasach Darwina największą różnicę między gadami a ptakami upatrywano właśnie w posiadaniu skrzydeł, czyli przystosowaniu do lotu. Tymczasem chyba znacznie bardziej istotna różnica polega na tym, że ptaki są stałocieplne, a gady – zmiennocieplne, co wiąże się z inną budową ich przewodu pokarmowego (ptaki mają dwa żołądki – gruczołowy i mięśniowy – a gady tylko jeden), jak też z tym, że ptaki muszą pobierać znacznie większe ilości pokarmu w stosunku do masy swojego ciała, niż gady. Ponadto ptaki są głównie roślinożerne, a gady – mięsożerne; gady mogą zapadać w lecie (w czasie suszy) w sen letni, a w zimie – w sen zimowy, natomiast ptaki takiej zdolności nie posiadają; ptaki oprócz skrzydeł muszą posiadać pneumatyczne kości oraz układ oddechowy zaopatrzony w worki powietrzne itp. To globalne podejście zwiększa niebotycznie ilość genów, jakie musiałyby ulec przypadkowym „zmianom korzystnym”, aby z gada powstał ptak.
Po sformułowaniu i rozwinięciu w XX w. chromosomowej teorii dziedziczności neodarwiniści rozszerzyli koncepcję Darwina o teorię mutacji, rozumianej szeroko jako spontaniczne, bezkierunkowe zmiany zachodzące w strukturze chromosomów (aberracje chromosomów, crossing-over), ich liczbie (haploidalność, poliploidalność), rekombinacjach oraz w budowie pojedynczych genów (mutacje punktowe). Spośród tego całego wachlarza zmian o charakterze dziedzicznym dla procesu powstawania nowych cech w jakichś populacjach istot żywych tylko mutacje punktowe wnoszą do puli substancji dziedzicznej nowe geny, nieistniejące dotychczas w tych populacjach. Wszelkie rekombinacje i aberracje chromosomowe zmieniają jedynie zmienność osobniczą w obrębie jakiejś populacji, a wiec częstość występowania poszczególnych genów już istniejących w genomach pojedynczych osobników, ale nie wzbogacają tych genomów.
Posługując się językiem współczesnym można uogólnić, że prawdopodobieństwo kumulowania się „dodatnich” efektów mutacji genowych zależy od częstości występowania wszystkich mutacji w jakiejś populacji istot żywych w określonym miejscu i czasie, od procentu mutacji „korzystnych”, niezbędnych dla ukształtowania się określonego nowego narządu, oraz od maksymalnego okresu czasu, w jakim określone mutacje występowały, a jaki jest dostępny dla naszych badań w zakresie zapisu kopalnego. Szereg matematyków usiłowało wykonać takie obliczenia; jeden z nich, Stanisław Ulam, obliczył na przykład, że rozwinięcie się oka na drodze kumulowania się mikromutacji jest zupełnie nieprawdopodobne, ponieważ czas, w jakim taki proces musiałby zajść, byłby dłuższy od okresu czasu, jaki według naszej wiedzy archeologicznej moglibyśmy w ogóle brać pod uwagę w historii kuli ziemskiej. Gdy obliczenia swoje Ulam przedstawił w 1967 r. w filadelfijskim Instytucie Wistar, usłyszał od darwinistów, że musiał pomylić sie w swoich obliczeniach, ponieważ powstanie oka w procesie ewolucji jest przecież faktem. Gdyby obecnie wykonać takie obliczenia, jakie zaprezentował Ulman 40 lat temu, wnioski z nich płynące byłyby jeszcze o wiele trudniejsze do przyjęcia przez wyznawców ewolucjonizmu, niż wówczas, o czym świadczą wszystkie wymienione powyżej zdobycze biochemii i genetyki molekularnej.
W trakcie zastanawiania się nad istotą ewolucji omawianych powyżej gadów nie można powstrzymać się też od pytania, dlaczego w mezozoiku zwierzęta te były najliczniejszą grupą kręgowców i żyły w bardzo zróżnicowanych strefach klimatycznych, od pustyni po otwarte morza, a następnie większość z nich wprawdzie wymarła – jednak do dziś, po mniej więcej stu milionach lat, pozostało z nich jeszcze około 5 tysięcy gatunków i to nadal bytujących w podobnie zróżnicowanych środowiskach, zarówno wodnych (krokodyle, żółwie), jak i suchych (węże).
Tak wiec rozszerzenie teorii Darwina o mechanizm mutacji nie zmienia sedna problemu, który sprowadza się ciągle do wyeliminowania potrzeby działania w świecie przyrody jakiejś wyższej inteligencji posiadającej ogromną siłę sprawczą, a na jej miejsce – wprowadzenia mechanicznego procesu kumulowania się początkowo niewielkich, przypadkowych, różnokierunkowych zmian i na tej drodze powstawania z form prostszych form bardziej złożonych, czyli – istnienia przypadkowych efektów konstruktywnych.
(c.d.n.)
Komentarze