Aripioară sau picior

Un pui pufos de pinguin are toate ingredientele genetice pentru penele şi înotătoarele specializate ale adultului. Anatomia pinguinului este neobişnuită, dar genele care o construiesc nu. (Aptenodytes patagonica, fotografiat la Fundaţia Occidentală de Zoologie a Vertebratelor) Foto: Rosamond Purcell

Ochi, aripi, sisteme elaborate – natura este plină de structuri care îţi taie respiraţia. Acum, cercetătorii află cum s-au format. De la minusculele făpturi marine până la insecte şi oameni, toate sunt opera aceloraşi gene care dezvăluie traseul evoluţiei, de la formele simple la cele mai sofisticate.

Părintele evoluţiei a fost un tată nervos. Puţine lucruri îl îngrijorau pe Charles Darwin mai mult decât dificultatea de a explica modul în care au apărut cele mai complexe structuri ale naturii, cum ar fi ochiul. „Şi-n ziua de azi ochiul îmi dă fiori reci“ – îi scria el unui prieten în 1860.
Biologii din zilele noastre încep să înţeleagă originile complexităţii vieţii – mecanismul optic extraordinar al ochiului, ingineria măiestrită a braţului, arhitectura unei flori sau a unei pene, coregrafia care îngăduie miliardelor de celule să coopereze într-un singur organism.
Esenţa răspunsului este limpede: într-un fel sau altul, toate aceste minuni au evoluat. „Ideea de bază a evoluţiei este atât de elegantă, de frumoasă, de simplă“ – spune Howard Berg, cercetător la Harvard, care şi-a petrecut o mare parte din ultimii 40 de ani studiind unul dintre exemplele mai umile ale complexităţii naturii: filamentele rotitoare ale bacteriilor. „Ideea este că pur şi simplu îţi faci de lucru, schimbi ceva şi apoi te întrebi: «Chestia asta îmi îmbunătăţeşte şansele de supravieţuire sau nu?» Dacă răspunsul este nu, atunci acei indivizi mor şi ideea dispare. Dacă răspunsul este da, atunci acei indivizi reuşesc, iar tu continui să-ţi faci de lucru, îmbunătăţind. Este o tehnică formidabilă.“
Dar la aproape 150 de ani după ce Darwin a adus în atenţia lumii această elegantă idee publicând Originea speciilor, evoluţia structurilor complexe încă poate fi greu de acceptat. Cei mai mulţi dintre noi îşi pot închipui selecţia naturală ajustând o caracteristică simplă – făcând un animal mai blănos, de exemplu, sau cu gâtul mai lung. Totuşi e greu să ne imaginăm evoluţia producând un nou organ complex, cu toate elementele sale, între care există îmbinări precise. Creaţioniştii pretind că viaţa este atât de complexă, încât nu ar fi putut să evolueze. Aceştia invocă adesea ingineria desăvârşită din filamentul bacteriei, asemănător unui minuscul motor electric care roteşte un ax, susţinând că o asemenea complexitate trebuie să fie produsul direct al „designului inteligent“ creat de o fiinţă superioară.
Marea majoritate a biologilor nu împărtăşesc această convingere. Studiul apariţiei structurilor complexe este una dintre cele mai senzaţionale frontiere din biologia evoluţiei, iar indiciile apar cu o viteză remarcabilă. Unele provin de la fosile spectaculoase, care dau la iveală precursori ai unor organe complexe precum membrele sau penele. Altele – din laboratoare, unde oamenii de ştiinţă studiază genele care transformă embrionii amorfi în organisme mature. Comparând genele diferitelor specii, ei au găsit dovezi că structuri aparent foarte diferite, precum ochiul muştei şi ochiul omului, au, de fapt, o moştenire comună.
Oamenii de ştiinţă mai au drum lung de parcurs pentru a înţelege evoluţia complexităţii, deloc de mirare având în vedere că o mare parte din această aparatură vie a evoluat în urmă cu sute de milioane de ani. Totuşi noi descoperiri arată cum structurile complexe au avut începuturi simple. Peste tot, cercetătorii dau peste aceleaşi câteva reguli-cheie. Una este că o structură complexă poate să evolueze printr-o serie de intermediari mai simpli. Alta este că natura e chibzuită, modifică gene vechi pentru a obţine noi întrebuinţări şi chiar refoloseşte genele în alte moduri, pentru a construi ceva mai elaborat.
Biologul Sean Carroll compară genele care clădesc un organism cu muncitorii constructori. „Dacă ai trece pe lângă un şantier zi de zi, la ora 6 p.m., ai spune: «E un miracol. Clădirea se construieşte singură.» Dar dacă ai sta acolo toată ziua şi ai vedea muncitorii şi echipamentele, ai înţelege cum a fost clădită. Noi putem vedea acum muncitorii şi maşinăriile. Iar aceiaşi muncitori şi aceleaşi maşinării pot construi orice structură.“ Un membru, o pană sau o floare reprezintă o minune, dar nu un miracol.

De la o celulă, la miliarde

În fiecare corp omenesc, aproximativ 10 mii de miliarde de celule – unităţi vitale lipsite de creier – se adună pentru a funcţiona ca un întreg unitar. „Este un dans complex – spune Nicole King, biolog la Universitatea Berkeley, din California –, care necesită organizare şi comunicare constantă.“ Şi a început cu peste 600 de milioane de ani în urmă, când organisme cu o singură celulă au evoluat în primele animale pluricelulare, grupul care acum include făpturi diverse, precum bureţii marini, insectele şi pe noi.
King studiază unele dintre cele mai apropiate rubedenii unicelulare ale omului, cunoscute sub numele de coanoflagelate. Coanoflagelatele sunt uşor de găsit. E suficient să scoţi puţină apă din râul sau din balta de lângă casă, să pui câteva picături sub microscop şi vei vedea mişunând creaturile cu formă de mormoloc. Le poţi deosebi de alte protozoare după guleraşul de la baza flagelului. Când King şi colegii ei au examinat proteinele produse de coanoflagelate, au descoperit câteva despre care se credea că sunt unice la animale – molecule esenţiale pentru întreţinerea unui organism pluricelular. „Chestia asta efectiv ne-a lăsat cu gura căscată – spune King. Ce fac organismele unicelulare cu aceste proteine?“
Unele proteine creează ceea ce King numeşte „o priză între celule“, împiedicând celulele animale să se lipească între ele în mod aleator. King şi colegii săi efectuează experimente pentru a se lămuri cum folosesc coanoflagelatele aceste proteine adezive – probabil pentru a prinde bacteriile cu care se hrănesc. Altele joacă un rol în comunicarea dintre celule. Coanoflagelatele, care pesemne nu simt nevoia să discute cu alte celule, pot folosi aceste proteine pentru a detecta schimbările din mediul lor. Descoperirile sugerează că multe dintre instrumentele necesare pentru a construi un organism pluricelular existau deja la strămoşii noştri unicelulari. Evoluţia a împrumutat aceste instrumente pentru a construi organisme de complexitate crescândă.

Planuri pentru corpuri

Larva de muscă pare la fel de lipsită de trăsături ca şi un bob de orez. Însă deja conţine o hartă a făpturii complexe în care se va transforma. În interiorul larvei, diversele combinaţii de gene sunt active, delimitând deja compartimente invizibile. Aceste gene declanşează alte gene, care conferă fiecărui compartiment forma şi funcţia sa: din unele cresc picioare, din altele – aripi, din altele – antene. Anatomia invizibilă iese la lumină.
Muştele nu sunt singurele animale care îşi construiesc corpurile în acest mod. Cercetătorii au descoperit că genele care configurează corpul muştei au omologi aproape identici în multe alte animale, de la crabi la râme şi de la chişcari la oameni. Descoperirea a fost o surpriză, întrucât aceste animale arată atât de diferit. Dar acum oamenii de ştiinţă sunt de acord că strămoşul comun al tuturor acestor animale – un fel de vierme care a trăit acum circa 570 de milioane de ani – deja deţinea un set de gene de bază, care proiectau structura corpului. Urmaşii săi s-au folosit de ele pentru a construi noi tipuri de organisme.
Pentru a aprecia modul în care poate acest set de instrumente să genereze complexitate, gândiţi-vă la peripatide. Ele se târăsc pe solul pădurilor tropicale pe picioare ca nişte pernuţe, aproape identice între ele. Totuşi sunt cele mai apropiate rude în viaţă ale celui mai diversificat grup de animale, artropodele. În rândul artropodelor puteţi găsi o diversitate ameţitoare de organisme, de la fluturi până la tarantule, crabi-potcoavă, căpuşe şi homari.
Cercetătorii aplecaţi asupra genelor de proiectare a organismului cred că artropodele au început aproape ca peripatidele, folosind acelaşi set elementar de gene structurale, pentru a-şi configura anatomia. În timp, copii ale acestor gene au început să fie împrumutate pentru misiuni noi. Harta invizibilă a corpului artropodelor a devenit mai complexă, cu mai multe compartimente, din care răsar noi părţi ale corpului.
Unele compartimente, de exemplu, au dezvoltat organe pentru respirat; ulterior, în cazul insectelor, aceste organe pentru respiraţie au evoluat în aripi. Primele fosile de insecte păstrează aripi care cresc din mai multe segmente. Cu timpul, insectele au blocat acţiunea genelor care formau aripi în aproape toate segmentele corpului – sau au reutilizat unele dintre acele gene pentru a construi noi structuri. Muştele, de exemplu, au o singură pereche de aripi; o a doua pereche s-a transformat în structuri în formă de trifoi, numite „haltere“, care ajută musca să-şi păstreze echilibrul în zbor.
„Segmentele sunt diferite, anexele sunt diferite, însă maşinăria pentru construirea acestor anexe este aceeaşi – spune Sean Carroll. Evoluţia este un cârpaci care improvizează.“

Cum am căpătat cap

Capul e cea mai complexă parte a organismului nostru. El conţine nu numai creierul, ci şi cele mai multe organe de simţ: ochii, urechile, un nas şi o limbă. Osatura complicată a craniului sporeşte complexitatea capului, de la cutia craniană, care păstrează creierul în siguranţă, până la maxilare, care ne permit să mâncăm. Există mii de variaţiuni pe această temă – gândiţi-vă la rechinii-cap-de-ciocan, la furnicari, la tucani.
Toate aceste capete devin şi mai remarcabile dacă vă uitaţi la două vieţuitoare marine simple, care sunt cele mai apropiate rude în viaţă ale vertebratelor (animale cu şira spinării). Aceste umile organisme nu au deloc cap. Dar genele lor conţin informaţia pentru formarea unui cap.
Tunicierul, un mic mormoloc gelatinos, trăieşte într-o „căsuţă plutitoare“ pe care şi-o construieşte din propriul său mucus. Sistemul său nervos, atât cât este, e organizat în jurul unui simplu nerv întins de-a lungul spatelui. Şi mai ciudată e verişoara sa, ascidia. Începe ca o larvă care înoată, având în coadă un element rigid asemănător unei tije. La maturitate, animalul îşi înfige partea din faţă în nisip, îşi consumă cea mai mare parte a propriului sistem nervos şi îşi transformă corpul într-un coş care filtrează particulele de hrană.
La prima vedere, pare puţin probabil ca aceste creaturi să conţină vreun indiciu referitor la originea capului vertebratelor. Dar, la o examinare mai atentă, capătul din faţă al tunicierilor şi al larvelor de ascidii dezvăluie un mic organ asemănător creierului acolo unde un vertebrat ar avea capul. „Acolo există 360 de celule nervoase. Prin comparaţie cu creierul de vertebrate, asta nu înseamnă nimic“ – spune William Jeffery, biolog la Universitatea din Maryland. Totuşi oamenii de ştiinţă au sesizat un tipar izbitor de familiar în modul în care se dezvoltă acest ciorchine minuscul de celule. Aceleaşi gene care ne-au construit nouă creierul lucrează şi aici.
Jeffery şi colegii lui au mai descoperit că ascidiile au ceea ce par a fi verii primitivi ai celulelor din creasta neurală – cele care construiesc o mare parte a capului embrionilor de vertebrate. Ca şi propriile noastre celule din creasta neurală, cele ale ascidiilor apar de-a lungul spatelui embrionului şi migrează în restul corpului. Doar că, în loc să formeze un craniu, neuroni şi alte părţi ale capului, în cazul acesta ele se transformă în celule pigmentare, adăugând culori strălucitoare corpului.
Acum mai bine de o jumătate de miliard de ani, poate că şi strămoşii noştri fără capete semănau cu aceste făpturi modeste, deja echipate cu gene şi celule care vor sculpta ulterior feţele şi creierele care ne fac pe noi oameni.

Perceperea luminii

Charles Darwin era bine familiarizat cu construcţia extraordinară a ochiului – modul în care cristalinul este perfect poziţionat pentru a concentra lumina pe retină, modul în care irisul reglează cantitatea de lumină care pătrunde în ochi. Un ochi, se părea, ar fi inutil dacă nu ar fi perfect. În Originea speciilor, Darwin scria că ideea că selecţia naturală ar fi produs ochiul „pare, mărturisesc, absurdă în cel mai înalt grad“.
Totuşi ochiul e departe de a fi perfect. Retina este atât de slab fixată pe fundul ochiului la om, încât o lovitură puternică în cap poate fi suficientă pentru a o desprinde. Celulele care captează lumina sunt îndreptate spre interior, spre creier, nu în afară, spre lumină. Iar nervul optic începe în faţa retinei şi apoi o străpunge pentru a ajunge la creier. Locul unde nervul optic se afundă în retină a devenit o pată oarbă. Evoluţia, cu toate boacănele sale, a construit ochiul; Darwin însuşi nu avea nicio îndoială în această privinţă. Dar cum?
Un răspuns complet trebuie să explice nu numai ochiul nostru, ci toţi ochii din regnul animal. Nu cu mult timp în urmă, dovezile sugerau că ochii diverselor specii de animale – de exemplu, insecte, pisici şi caracatiţe – trebuie să fi evoluat independent, aşa cum aripile au evoluat independent la păsări şi lilieci. În fond, diferenţele dintre, să zicem, un ochi de om şi un ochi de muscă sunt majore. Spre deosebire de ochiul uman, cu cristalinul şi retina lui unice, ochiul muştei este alcătuit din mii de coloane minuscule, fiecare captând o fracţiune infimă din câmpul vizual al insectei. Şi, în timp ce noi, vertebratele, percepem lumina cu ajutorul unor celule denumite fotoreceptori ciliari (de la prelungirile ca nişte perişori numite cili), insectele şi alte nevertebrate folosesc fotoreceptori rabdomerici, celule cu pliuri distinctive.
În ultimii ani totuşi aceste diferenţe au devenit mai puţin tranşante, pe măsură ce oamenii de ştiinţă au examinat genele care construiesc fotoreceptorii. Insectele şi oamenii utilizează aceleaşi gene pentru a le comunica celulelor din embrioni să se transforme în fotoreceptori. Şi ambele tipuri de fotoreceptori percep lumina cu ajutorul unor molecule numite opsine.
Aceste legături sugerează că fotoreceptorii muştelor, oamenilor şi ai majorităţii celorlalte animale au evoluat toţi dintr-un singur tip de celulă, care, în final, s-a împărţit în două noi tipuri. Dacă e aşa, unele animale ar putea avea ambele tipuri de fotoreceptori. Iar în 2004, cercetătorii au demonstrat că viermii-zdrenţăroşi, rude acvatice ale râmelor, au fotoreceptori rabdomerici în ochi şi fotoreceptori ciliari ascunşi în creierele lor minuscule, unde se pare că percep lumina pentru a-şi regla ceasul interior.
După asemenea descoperiri, evoluţia ochiului începe să se vadă altfel. Strămoşul comun al celor mai multe animale avea un set de gene de bază pentru a construi organe care pot detecta lumina. Aceşti primi ochi semănau probabil mult cu cei pe care îi au astăzi micile făpturi marine gelatinoase precum cele din ordinul Salpida: nişte simple adâncituri mărginite de celule fotoreceptoare, capabile să detecteze lumina şi să-i stabilească direcţia. Totuşi ele erau produsul artizanal al aceloraşi gene care au construit propriii noştri ochi şi se bazau pe aceleaşi opsine fotosensibile.
Evoluţia a folosit apoi genele de bază pentru a modela ochi mai sofisticaţi, care în final au dobândit un cristalin, pentru a transforma lumina în imagine. Nici cristalinul nu a apărut din nimic. Cristalinele sunt formate din proteine transparente care pot refracta lumina, „ca o sticlă din proteine“, după cum spune un cercetător. Iar aceste celule specializate existau, se pare, cu mult înainte ca evoluţia să le pună la treabă în interiorul ochiului. Doar că făceau altceva.
Cercetătorii au descoperit o celulă cristalină, de exemplu, în sistemul nervos central al ascidiilor. În loc să formeze un cristalin, ea face parte dintr-un organ care detectează gravitaţia. Poate că o mutaţie a determinat celulele din ochiul vertebratelor primitive să producă şi celule cristaline. S-a dovedit astfel că ele făceau ceva nou şi extrem de util: făceau lumea să se vadă mai clar.

De la înotătoare la membre

Priviţi-vă mâinile care ţin această revistă. Sunt minuni de complexitate, conţinând zeci de oase fin sculptate, legate prin tendoane şi muşchi, alimentate cu sânge de o reţea de artere, controlate de o ţesătură complicată de neuroni şi elegant îmbrăcate în piele. Până acum aproximativ 380 de milioane de ani, asemenea membre nu existau. Astăzi, ele pot fi găsite nu numai la oamenii care citesc reviste, ci şi la liliecii care zboară în peşterile din Arizona, la caii care străbat stepele mongole, la cârtiţele care sapă pe sub grădinile din Connecticut şi la balenele care plonjează în adâncul Oceanului Pacific.
Fosilele şi embrionii ne-au furnizat o mulţime de indicii despre evoluţia membrelor. În linii mari, ne spun aceeaşi poveste. „Membrul a fost asamblat prin evoluţie – spune Neil Shubin, paleontolog la Universitatea din Chicago. Nu a apărut subit.“
Cu aproximativ 400 de milioane de ani în urmă, a apărut o nouă linie de peşti, numiţi peşti-cu-înotătoare-lobate, purtând primele indicii de membre. Din afară, înotătoarele lobate arătau ca orice aripioare destinate înotului. Dar oasele din interiorul lor erau mai mari, cu o musculatură mai puternică decât la alţi peşti.
De-a lungul zecilor de milioane de ani, au apărut noi familii de peşti-cu-înotătoare-lobate şi s-au format membrele adevărate. Eusthenopteron, un peşte de 385 de milioane de ani, găsit în Canada, avea înotătoare care conţineau un os mare, în formă de tijă, legat de o pereche de oase mai mici – acelaşi model de oase lungi care se găsesc acum în braţele şi picioarele noastre. Tiktaalik roseae, un peşte-cu-înotătoare-lobate de acum 375 de milioane de ani, pe care Shubin şi colegii săi l-au descoperit recent în nordul Canadei, avea şi oasele încheieturilor mâinii şi gleznei. Oamenii de ştiinţă cred că Tiktaalik îşi folosea înotătoarele nu numai ca să înoate, ci şi ca să se târască prin mlaştinile de pe coastă.
Acum 365 de milioane de ani, peştii-cu-înotătoare-lobate evoluaseră spre vertebrate cu membre propriu-zise, cunoscute sub numele de tetrapode, ceea ce înseamnă cu patru picioare. Aceste tetrapode aveau chiar şi degete la picioare, deşi încă erau adaptate la apă, reţinând oasele branhiale ale strămoşilor lor şi cozile pentru înot. Mersul pe uscat a evoluat mai târziu. Şi mai târziu, tetrapodele au preluat structura de bază a membrului şi au adaptat-o pentru noi funcţii – săpat, vâslit şi zburat.
Laboratoarele descoperă genele responsabile cu formarea membrelor.
Probabil că evoluţia a împrumutat genele respective de la primii peşti şi le-a refolosit pentru a construi înotătoare. Mai târziu, modificări subtile în tiparele formate de aceste gene au determinat apendicele apărute să-şi schimbe forma, devenind picioare, braţe, aripi. Fiecare transformare a fost profundă. Dar – spune Shubin – „mecanismul exista deja“.

Povestea penei

Ca realizare inginerească, este greu să depăşeşti pana unei păsări. Dintr-o tijă centrală ţâşnesc sute de filamente, numite fulgi. Din aceşti fulgi cresc alte filamente, mai mici, unele cu şănţuleţe, altele cu cârlige, care fac fulgii să adere unii la alţii, ca şi cum ar fi prinşi cu „arici“. Astfel se creează o suprafaţă extrem de uşoară, care poate ridica o pasăre în văzduh. Când păsările îşi răsfiră penele pentru a şi le curăţa, aceşti fulgi se „lipesc“ la loc singuri, unii de alţii.
Penele au şi alte funcţii. Machaeropterus deliciosus, o pasăre cât o vrabie din junglele ecuadoriene, „cântă“ din pene atunci când îşi scutură aripile. Penele de bufniţă amortizează sunetul, astfel încât pasărea să-şi poată lua prada prin surprindere. Penele pufoase ţin de cald păsărilor, iar cele cu arcuiri extravagante atrag partenerii. Dar toate aceste structuri complexe au aceeaşi origine cu prozaicii solzi ai reptilelor – un traseu pe care Richard Prum, ornitolog la Yale, încearcă să-l refacă. Legătura evolutivă între pene şi solzi este evidentă în dezvoltarea embrionilor de pasăre. Discuri de celule numite placode sunt risipite pe suprafaţa embrionului. Unele cresc şi formează solzi, cum ar fi cei de pe picioarele găinii. Altele se transformă în pene.
Cercetările lui Prum arată că penele au evoluat într-o serie de paşi, vechile gene fiind împrumutate de fiecare dată pentru noi întrebuinţări. La embrionii de reptile, gene specifice determină faţa şi spatele fiecărui solz, pe măsură ce acesta creşte dintr-o placodă. La embrionii de păsări, fiecare pană începe ca un tub care creşte dintr-o placodă, iar aceleaşi gene dedicate părţii din faţă şi celei din spate lucrează în tub. Cu 150 de milioane de ani în urmă – spune Prum –, acele gene şi-au asumat probabil acest nou rol în cazul dinozaurilor, determinând, la unii dintre ei, creşterea penelor şi a unor excrescenţe asemănătoare penelor, după cum au dezvăluit fosile recent descoperite.
Apariţia fulgilor ramificaţi a fost pasul următor în evoluţia penei – susţine Prum –, iar dezvoltarea penelor pufoase ale unui pui de pasăre oferă indicii asupra acesteia. Când creşte, tubul unei pene noi se împarte în fâşii care în final se exfoliază, devenind fulgi.
Mai târziu, păsările au dobândit abilitatea de a transforma aceste pene pufoase în pene cu tuburi, apoi să facă fulgii să se îmbine unii cu alţii pentru a forma penele de zbor – toate prin aceste mici modificări genetice pe care le urmăreşte Prum. Iar prin ajustarea creşterii diferitelor segmente ale penei, păsările şi-au format penaj special pentru vânătoare, înot, ritualuri de curtare şi alte activităţi – spune Prum. „Tot ce are nevoie o pasăre de-a lungul vieţii îşi poate genera folosind aceeaşi informaţie de bază.“

Înflorire timpurie

Ca mulţi alţi domni din epoca victoriană, Charles Darwin era mare iubitor de plante. Îşi umplea serele cu roua-cerului, ciuboţica-cucului şi dionee. Avea orhidee exotice trimise de la tropice. Totuşi, după cum îi scria unui prieten în 1879, florile erau pentru el „un mister teribil“.
Darwin se referea la apariţia bruscă, neanunţată, a florilor în fosile. Ceea ce făcea misterul şi mai teribil era complexitatea extraordinară a florilor. Florile au coroane de petale şi sepale care înconjoară organele sexuale masculine şi feminine ale plantei. Multe produc pigmenţi strălucitori şi nectaruri dulci pentru a ademeni insectele care duc polenul din floare în floare.
Astăzi, misterul florilor este mai puţin cumplit, deşi marile întrebări încă persistă. Primele flori trebuie să fi evoluat după ce strămoşii plantelor cu flori s-au despărţit de cele mai apropiate rude încă în viaţă, gimnospermele – incluzând pinii şi alte conifere, cicadeele şi ginkgo – care produc seminţe, dar nu şi flori.
Unele dintre cele mai importante indicii ale acestei tranziţii provin din genele active la fiecare înflorire. S-a dovedit că, înainte ca floarea să capete formă, seturi de gene trasează o hartă invizibilă în vârful tulpinii – acelaşi tip de hartă găsită la embrionii animalelor.
Genele împart vârful în inele concentrice. „Ca un teanc de gogoşi puse în vârful tulpinii“ – spune Vivian Irish, de la Yale. Ghidate de gene, celulele din fiecare inel formează diferitele părţi ale florii – sepale în inelul exterior, de exemplu, şi organe sexuale pe inelul din centru.
Aşa cum se întâmplă adesea în cazul complexităţii, genele care alcătuiesc flori sunt mai vechi decât florile însele. S-a dovedit că gimnospermele deţin astfel de gene, deşi ele nu fac flori. Cercetătorii mai trebuie acum să determine ce rol joacă aceste gene la gimnosperme, însă prezenţa lor arată că ele existau probabil la strămoşul comun al gimnospermelor şi al plantelor cu flori.
În descendenţa plantelor cu flori, aceste gene au fost împrumutate pentru a trasa structura florii. Primele flori erau simple. Dar, în timp, genele au fost duplicate în mod accidental, iar una dintre copii a putut să preia un rol nou în dezvoltarea florii. Florile au devenit mai complexe, iar unele dintre părţile lor au dobândit noi funcţii, cum ar fi ademenirea insectelor prin culoare şi parfum. Această flexibilitate ar putea explica în parte succesul plantelor cu flori. În prezent, se cunosc circa 250.000 de plante cu flori. Gimnospermele, rudele lor fără flori, au rămas la numai circa 800 de specii.

Complexitate în miniatură

Unele dintre cele mai uimitoare structuri ale vieţii sunt şi cele mai mici: mecanismul minuscul al moleculelor, care pune celulele în mişcare. E. coli, o bacterie aflată în intestin, înoată cu o codiţă rotitoare, alcătuită din câteva zeci de proteine diferite care lucrează laolaltă. Celor care se îndoiesc de evoluţie le place să sublinieze că flagelul, cum se numeşte această codiţă, are nevoie de toate componentele sale pentru a funcţiona şi că nu ar fi putut evolua puţin câte puţin; trebuie să fi fost creat în forma sa actuală.
Dar comparând proteinele flagelare cu cele din alte bacterii, Mark Pallen, de la Universitatea din Birmingham, Marea Britanie, şi colegii săi au descoperit indicii despre cum acest mecanism sofisticat a fost asamblat din părţi mai simple. De exemplu, E. coli îşi construieşte flagelul cu un gen de pompă care împroaşcă proteine. Această pompă e aproape identică, proteină cu proteină, cu cea folosită de multe bacterii cauzatoare de boli, dar nu pentru a-şi construi o coadă, ci pentru a amorsa o seringă moleculară care injectează toxine în celulele-gazdă. Similitudinea este – după cum spune Pallen – „un ecou al istoriei, pentru că cele două au un strămoş comun“.
Cercetătorii au descoperit suficiente asemenea ecouri pentru a-şi da seama cum a putut evolua flagelul lui E. coli. Pallen sugerează că părţile acestuia – care au toate omologi în rândul microbilor de astăzi – s-au alipit pas cu pas, în decursul a milioane de ani. Totul a început cu un sistem tip pompă-şi-seringă, ca la agenţii patogeni. În timp, seringa a dobândit un ac lung, apoi un cârlig flexibil la bază. În cele din urmă, a fost conectată şi la o sursă de alimentare: un alt tip de pompă, întâlnită în membranele celulare ale multor bacterii. Odată ce structura a căpătat un motor care o putea face să se rotească, acul s-a transformat într-o elice, iar microbii au căpătat o nouă mobilitate.
Biologii au identificat zeci de tipuri de flageli, în diverse tulpini de bacterii. Unele sunt groase, altele subţiri; unele sunt fixate pe extremitatea posterioară a celulei, altele în lateral; unele sunt acţionate de ioni de sodiu, altele de ioni de hidrogen. Este exact genul de variaţie pe care te aştepţi să o producă selecţia naturală atunci când adaptează o structură pentru nevoile unor organisme diferite.
Darwin mai susţinea că trăsăturile complexe se pot deteriora cu timpul. Struţii, de pildă, descind din păsări zburătoare, dar aripile lor au devenit inutile pe măsură ce ei au evoluat în păsări alergătoare. Se dovedeşte că şi cozile microbilor pot deveni atavisme. Deşi se crede că E. coli produce un singur tip de coadă, dispune şi de rămăşiţele unor gene pentru un al doilea tip. „Te aştepţi să descoperi balastul istoriei“ – spune Pallen.
Necruţătoare şi practică, evoluţia e capabilă să construiască cele mai minunate structuri, ca apoi să renunţe la ele când nu mai sunt necesare.

Text: Carl Zimmer

(Articol publicat în ediţia revistei National Geographic din noiembrie 2006)



1 Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*