Darwinii moderni

In ciocul cintezei si in blana soarecelui putem vedea selectia naturala la lucru, modeland si modificand genele individuale pentru a adapta organismul la circumstante specifice.

Ei ii demonstreaza geniul – si ii arata erorile. Parintele evolutiei ar fi incantat de stiinta pe care a inspirat-o teoria sa.

Text: Matt Ridley

 Cu numai doua saptamani inainte de a muri, Charles Darwin a scris un scurt articol despre o mica scoica, Sphaerium corneum, pe care a gasit-o inclestata de piciorul unui gandac de apa, intr-un iaz din Midlands, Anglia. Avea sa fie ultima sa publicare. Cel care-i trimisese gandacul era un tanar pantofar si naturalist amator, pe nume Walter Drawbridge Crick.

In cele din urma, pantofarul s-a casatorit si a avut un fiu numit Harry, care la randul sau a avut un fiu, pe Francis. In 1953, Francis Crick, impreuna cu un tanar american, pe nume James Watson, vor face o descoperire care va duce inexorabil la sustinerea triumfatoare a aproape tot ce dedusese Darwin cu privire la evolutie. Sustinerea n-a venit de la fosile sau de la specimenele unor creaturi vii sau ca urmare a disectiei organelor acestora. A venit de la o carte.

Ceea ce Watson si Crick au descoperit a fost ca orice organism e purtatorul unui cod chimic al propriei creatii in celulele sale, un text scris intr-un limbaj comun intregii vieti: codul simplu, format din patru litere, al ADN-ului. “Toate fiintele organice care au trait vreodata pe acest pamant se trag dintr-o unica forma primordiala” – scria Darwin. Sincer, era doar o presupunere. Pentru a intelege povestea evolutiei – atat desfasurarea, cat si mecanismul ei -, darwinii moderni nu trebuie sa faca presupuneri. Ei consulta scriptura geneticii.

Ganditi-va, de pilda, la celebrele cinteze din Galápagos. Darwin a putut vedea ca acestea aveau ciocuri de forme diferite – unele adancite si late, altele alungite, iar altele mici si scurte. El a presupus (oarecum tardiv) ca, in ciuda acestor diferente, toate cintezele din Galápagos erau rude apropiate.

“Vazand aceasta gradatie si diversitate de structura la un grup de pasari mic, strans inrudite – scria el in Calatoria vasului Beagle -, s-ar putea crede cu adevarat ca, din putinatatea initiala de pasari din acest arhipelag, o specie a fost luata si modificata cu finalizari diferite.”

Si aceasta a fost o presupunere inspirata. Dar analizand asemanarea remarcabila a codurilor lor genetice, oamenii de stiinta pot confirma astazi ca cintezele din Galápagos se trag cu adevarat dintr-o unica specie ancestrala (o pasare a carei ruda apropiata de azi este presura-samantar-bruna). ADN-ul nu doar confirma adevarul evolutiei, ci si arata, la nivelul cel mai de baza, cum aceasta remodeleaza creaturile vii.

Recent, Arhat Abzhanov, de la Universitatea Harvard, si Cliff Tabin, de la Scoala Medicala Harvard, au identificat exact genele responsabile pentru formele unora dintre acele ciocuri. Genele sunt secvente ale ADN notate cu litere care, cand sunt activate de celula, produc o anumita proteina.

Abzhanov si Tabin au descoperit ca activarea (oamenii de stiinta folosesc cuvantul „exprimare“) genei corespunzatoare unei proteine, numite BMP4, in maxilarul aflat in crestere al unui embrion de cinteza face ca ciocul sa fie mai adancit si mai lat. Gena aceasta se exprima cel mai puternic la cinteza-de-Galápagos-mare (Geospiza magnirostris), care isi foloseste ciocul robust pentru a sparge seminte mari si nuci.

La alte cinteze, o gena exprima o proteina numita calmodulina, care face ciocul lung si ingust. Aceasta gena e cea mai activa la cinteza-de-Galápagos-mancatoare-de-cactus (G. conirostris), care-si foloseste ciocul alungit pentru a cauta seminte in fructele de cactus. Intr-un alt grup de insule, in largul Coastei Golfului, din Florida, soarecii-de-nisip au blana mai deschisa la culoare decat soarecii care traiesc pe continent.

Aceasta ii camufleaza mai eficient pe nisipul deschis la culoare: bufnitele, soimii si batlanii mananca mai multi dintre soarecii prost camuflati, lasandu-i pe ceilalti sa se inmulteasca. Hopi Hoekstra, tot de la Harvard, si colegii ei au descoperit ca diferenta de culoare e cauzata de modificarea unei singure secvente dintr-o singura gena, care blocheaza producerea de pigment in blana.

Mutatia a survenit la formarea insulelor cu plaja cu aproape 6.000 de ani in urma. Grandioasa idee a lui Darwin era ca selectia naturala e in mare masura responsabila pentru o varietate de trasaturi ce pot fi observate la specii inrudite. Acum, in ciocul cintezei si in blana soarecelui putem vedea de fapt cum functioneaza selectia naturala, modeland si modificand ADN-ul genelor si exprimarea lor, pentru adaptarea organismului in imprejurarile date.

Darwin, care credea ca evolutia se petrece extrem de incet, imperceptibil, si ca era observabila doar prin studierea fosilelor, ar fi la fel de incantat de o alta descoperire. La aceleasi cinteze din Galápagos, darwinii moderni pot urmari evolutia petrecandu-se in timp real.

In 1973, Peter si Rosemary Grant, acum la Universitatea din Princeton, au inceput observarea anuala a populatiilor de cinteze de pe micuta insula Daphne Major, din Galápagos. Au descoperit curand ca in realitate cintezele evoluau de la un an la altul, pe masura ce conditiile de pe insula oscilau de la umed la uscat si invers. De pilda, Daphne Major avea initial doar doua cinteze de Galápagos care se reproduceau regulat, dintre care una era cinteza-de-Galápagos-medie (G. fortis), care se hranea cu seminte mici.

Cand seceta severa a lovit insula in 1977, iar semintele mici au devenit rare, cintezele-medii au fost obligate sa inceapa sa manance seminte mai mari si mai tari. Celor cu ciocul mai mare le-a mers mai bine si au supravietuit pentru a le transmite urmasilor aceasta trasatura. O alta mutatie s-a petrecut dupa venirea unui competitor in 1982: cinteza-de-Galápagos-mare (G. magnirostris), care, de asemenea, mananca seminte mari si tari. Timp de multi ani, cele doua specii au coexistat, iar in 2002 ambele s-au inmultit foarte mult.

Dar apoi a lovit seceta, iar pana in 2005 doar 13 cinteze-de-Galápagos-mari si 83 medii au ramas in viata. in mod remarcabil, in loc sa se adapteze la seceta si sa manance seminte mai mari, asa cum facusera cu 28 de ani mai inainte, cintezelemedii ramase au suferit o substantiala reducere a marimii ciocului, pe masura ce, fiind in competitie cu rudele lor mai mari, s-au straduit sa-si creeze o nisa, supravietuind gratie semintelor foarte mici.

O cinteza cu ciocul mai mic nu e o specie noua de cinteza, dar Peter Grant recunoaste ca ar fi nevoie doar de cateva astfel de episoade ca sa apara o noua specie, care sa aleaga sa nu se mai reproduca in interiorul speciei-mama. Variatia observata in randul cintezelor din Galápagos e un exemplu clasic de „radiatie adaptiva“, fiecare specie evoluand dintr-un stramos comun pentru a exploata un anumit tip de hrana.

O alta radiatie celebra s-a petrecut pe un alt grup de insule – deci mai degraba in larg, si nu pe uscat. Lacurile si raurile din Valea Marelui Rift, in Africa, contin circa 2.000 de specii de ciclide care au evoluat din cativa stramosi, unii intr-o clipita – din perspectiva timpului geologic. De exemplu, Lacul Victoria, cel mai mare dintre acele lacuri, era complet secat acum doar 15.000 de ani.

Cele 500 de specii diferite de ciclide ale sale au evoluat de atunci din cateva specii de origine necunoscuta. La fel ca si cintezele, speciile de ciclide s-au adaptat la diete specifice unor habitate diferite, cum ar fi portiuni pietroase sau nisipoase ale albiilor lacurilor. Unele specii mananca alge si dispun de dinti extrem de desi, potriviti pentru a rupe si a smulge materie vegetala, in timp ce altele se hranesc cu melci si dispun de falci groase, puternice, capabile sa le sfarame cochiliile.

Si ce gena e responsabila pentru ingrosarea acelor falci? Gena corespunzatoare proteinei BMP4 – aceeasi gena care face din ciocul cintezei-de-Galápagos-mari unul adancit si lat. Ce dovada mai buna pentru credinta lui Darwin in natura comuna a tuturor speciilor decat gasirea aceleiasi gene care face acelasi lucru si la pasari, si la pesti, pe continente diferite? in Originea speciilor, Darwin a omis in mod deliberat sa vorbeasca despre faptul ca, potrivit teoriei sale, aceasta natura comuna e valabila si in cazul omului.

Un deceniu mai tarziu, el da cartile pe fata in Descendenta omului. Ar fi incantat sa afle ca o anumita gena, numita FOXP2, e vitala pentru dezvoltarea normala atat a vorbirii la oameni, cat si a cantatului la pasari. in 2001, Simon Fisher si colegii sai de la Universitatea din Oxford au descoperit ca o mutatie a acestei gene provoaca defecte de vorbire la oameni.

Ulterior, el a demonstrat ca la soareci gena e necesara pentru invatarea succesiunilor in mis- carea rapida; in absenta ei, creierul nu formeaza conexiunile care, in mod normal, duc la memorarea acestor informatii. Se presupune ca la oameni FOXP2 e esentiala in invatarea sofisticatelor miscari ale limbii si buzelor, care ne ajuta sa ne exprimam gandurile. Constance Scharff, de la Universitatea Libera din Berlin, a descoperit apoi ca exact aceeasi gena e mai activa intr-o regiune a creierului unui pui de cinteza-zebra tocmai in perioada cand pasarea invata sa cante.

Cu o ingeniozitate diabolica, grupul sau a infectat creierul cintezelor cu un virus special, purtator al unei replici in oglinda a unei parti a genei FOXP2, care a blocat exprimarea naturala a genei. Rezultatul a fost acela ca pasarile nu doar ca au cantat intr-un mod mai variat decat de obicei, ci au si imitat imprecis cantul adultilor – cam la fel cum copiii cu gene FOXP2 mutante imita haotic si imprecis vorbirea adultilor.

DARWINII ZILELOR NOASTRE vad in detaliu cum presiunile exercitate de competitie si de un mediu in schimbare pot duce la aparitia unor noi specii. Dar Darwin mai propunea si un alt factor evolutiv: selectia sexuala. in Lacul Victoria, ciclidele si-au adaptat vederea la lumina din mediul lor inconjurator – la mari adancimi, unde lumina disponibila se deplaseaza spre capatul rosu al spectrului, receptorii lor vizuali fiind predispusi sa vada lumina rosie, in timp ce in apropiere de suprafata ei vad mai bine culoarea albastra.

Ole Seehausen, de la Universitatea din Berna si de la Institutul Federal Elvetian pentru {tiinta si Tehnologie Acvatica, a descoperit ca ciclidele de sex masculin au dezvoltat culori stridente pentru a atrage atentia femelelor: de obicei, rosu la fundul lacului si albastru la adancime mai mica. Populatiile albastre si rosii par sa fie divergente genetic – sugerand ca ar reprezenta doua specii diferite aflate in curs de formare.

Daca selectia naturala inseamna supravietuirea celui mai bine adaptat (expresie inventata de filosoful Herbert Spencer, nu de Darwin), atunci selectia sexuala inseamna supravietuirea celui mai atragator. Are efecte excitante crearea de arme, podoabe, cantece si culori, in special la exemplarele de sex masculin. Darwin credea ca unele dintre aceste podoabe, cum ar fi coarnele cerbilor, ii ajutau pe masculi sa se lupte intre ei pentru femele; altele, precum coada paunilor, ii ajutau pe masculi sa „farmece“ (expresia lui) femelele pentru a se imperechea.

De fapt, era o idee nascuta din disperare, intrucat inutilitatea frumusetii il ingrijora ca fiind, aparent, o exceptie de la mecanismele necrutator de practice ale selectiei naturale. El ii scria botanistului american Asa Gray in aprilie 1860 ca „vederea unei pene in coada unui paun ma ingretoseaza ori de cate ori o privesc!“

Notiunea sa de selectie sexuala a fost ignorata politicos de catre cea mai mare parte a opiniei publice victoriene, care era intrucatva scandalizata la gandul unor femele care isi aleg in mod activ un partener, in loc sa se supuna sfioase avansurilor masculilor. Pana si biologii au ignorat ideea timp de circa un secol, sustinand in mod obsedant ca trasaturile evolueaza in beneficiul speciei, si nu al individului.

Dar acum stim ca Darwin avusese tot timpul dreptate. La toate speciile, de la pesti si pasari la insecte si broaste, femelele abordeaza masculii facand uz de cele mai elaborate aparitii si ii invita la imperechere. Darwin n-a facut multe speculatii privind motivul pentru care o femela alege un mascul impodobit. E o intrebare care inca ii incita pe biologi, intrucat ei au doua raspunsuri perfect plauzibile. Unul e pur si simplu moda: cand femelele aleg masculi chipesi, celelalte femele trebuie sa faca la fel, altfel risca sa aiba fii care nu atrag femelele.

Celalalt raspuns e mai subtil. Cresterea unei cozi de paun e epuizanta si periculoasa. Poate fi facuta corespunzator doar de catre cei mai sanatosi adulti: parazitii, foametea si curatarea neglijenta duc la un penaj mai sters. Astfel ca un penaj stralucitor constituie ceea ce biologii evolutionisti numesc „un indicator autentic al vigorii“. Paunii necorespunzatori nu pot simula asta.

Iar paunitele, alegand instinctiv cei mai buni masculi, le transmit progeniturilor lor, fara sa stie, cele mai bune gene. intr-una dintre incursiunile fanteziei sale, Darwin a sustinut ca selectia sexuala ar putea lamuri diferentele rasiale dintre oameni: „Am vazut ca fiecare rasa e frumoasa in felul ei… Selectia celor mai atractive femei de catre cei mai puternici oameni din fiecare trib, care ar putea creste un numar mai mare de copii, ar modifica intr-o oarecare masura, dupa cateva generatii, caracterul tribului.“

Nu s-a ajuns inca la o concluzie cu privire la aceasta idee, dar exista indicii ca Darwin ar putea avea, cel putin partial, dreptate. Sa luam ochii albastri. Darwin, la fel ca multi europeni, avea ochi albastri. La inceputul lui 2008, Hans Eiberg si colegii sai de la Universitatea din Copenhaga au anuntat descoperirea mutatiei genetice comune tuturor persoanelor cu ochi perfect albastri.

Mutatia consta in schimbarea unei singure litere, din A in G, pe bratul lung al cromozomului 15, care atenueaza exprimarea genei numite OCA2, implicata in producerea pigmentului care intuneca ochii. Comparand ADN-ul danezilor cu cel al oamenilor din Turcia si Iordania, Eiberg a calculat ca mutat ia s-a petrecut acum aproximativ 6.000-10.000 de ani, cu mult dupa inventarea agriculturii, la un individ din zona Marii Negre.

Astfel ca e posibil ca Darwin sa fi dobandit ochi albastri din cauza unei singure litere scrise gresit in ADN-ul copilului unui fermier din neolitic. De ce s-a raspandit atat de bine aceasta modificare genetica? Nu exista dovezi cum ca ochii albastri ii ajuta pe oameni sa supravietuiasca. Poate ca aceasta trasatura era asociata cu tenul palid, care asimileaza in mai mare masura lumina solara necesara sintetizarii vitaminei D.

Aceasta ar fi important mai ales pentru oamenii din regiunile nordice, mai putin insorite, care devin mai dependenti de cereale ca sursa de hrana, ele fiind sarace in vitamina D. Pe de alta parte, e posibil ca oamenii cu ochi albastri sa fi avut mai multi urmasi, mai ales datorita faptului ca, intamplator, erau mai atragatori pentru sexul opus din acea regiune geografica.

In ambele cazuri, explicatia trimite direct la cele doua teorii ale lui Darwin – selectia naturala si cea sexuala. Ceea ce intriga e ca schimbarea de litera care duce la ochi albastri nu se petrece in gena pigmentului ca atare, ci intr-un fragment apropiat al scripturii ADN care controleaza exprimarea genei. Asta sprijina ideea care castiga popularitate in genetica si in biologia evolutionista: evolutia functioneaza nu doar prin schimbarea genelor, ci si prin modificarea felului in care acele gene sunt activate si dezactivate.

Potrivit lui Sean Carroll, de la Universitatea Wisconsin, din Madison, „principalul combustibil al evolutiei anatomiei se dovedeste a fi nu schimbarea genelor, ci schimbarile in reglarea genelor care controleaza dezvoltarea“.

NOTIUNEA de modificari genetice explica surpriza umilitoare cum ca fiintele umane par sa nu aiba niste gene proprii. in ultimul deceniu, pe masura ce oamenii de stiinta au comparat genomul uman cu cel al altor fiinte, s-a dovedit ca mostenim nu doar acelasi numar de gene ca un soarece – sub 21.000 –, ci, in majoritatea cazurilor, aproape aceleasi gene.

Tot asa cum n-ai nevoie de cuvinte diferite pentru a scrie carti diferite, n-ai nevoie de noi gene pentru a crea noi specii: schimbi doar ordinea si tiparul folosirii lor. Poate ca mai multi oameni de stiinta ar fi trebuit sa-si dea seama de asta mai devreme decat au facut-o. La urma urmei, corpurile nu sunt asamblate precum masinile din fabrici; ele cresc si se dezvolta, astfel ca evolutia trebuie sa fi vizat dintotdeauna schimbarea procesului de crestere, mai degraba decat sa specifice produsul final al cresterii.

Cu alte cuvinte, girafa nu are niste gene speciale ale gatului lung. Genele responsabile cu cresterea gatului sunt aceleasi ca ale soarecelui; ele trebuie sa fi fost activate un timp mai indelungat, astfel incat girafa se trezeste cu un gat lung. La fel cum Darwin a tras invataminte atat de pe urma fosilelor de armadilo, cat si a nandu si a cintezelor de azi (vezi „Primele indicii ale lui Darwin“, pagina 44), urmasii sai din domeniul stiintei combina cunostintele legate de gene cu cele legate de fosile pentru a intelege istoria vietii.

In 2004, Neil Shubin, de la Universitatea din Chicago, si colegii sai au descoperit o fosila veche de 375 de milioane de ani tocmai in zona canadiana arctica – o creatura care s-a potrivit exact in golul dintre pesti si animalele de uscat. Au botezat-o tiktaalik, care, in dialectul local inuktitut, inseamna „pestele mare de apa dulce“. Desi era in mod clar un peste, cu solzi si aripioare, tiktaalik avea un cap plat, de batracian, cu un gat distinct, iar inauntrul aripioarelor, oase care corespundeau oaselor superioare si inferioare ale bratului si chiar cu incheieturile unor animale de uscat: veriga lipsa, daca a existat vreodata una.

E chiar posibil sa fi trait in ape de mica adancime sau sa se fi tarat prin noroi pentru a scapa de pradatori. La fel de incitant, pe de alta parte, e ceea ce Shubin si colegii sai au aflat despre tiktaalik in laborator. Genele fosilelor s-au pierdut in negura vremii.

Dar, inspirati de descoperire, cercetatorii au studiat un animal viu asemanator – un peste osos primitiv numit peste- opatar – si au descoperit ca tiparul exprimarii genelor care produc oasele din aripioare este aproape identic cu cel care asambleaza un membru in embrionul unei pasari, al unui mamifer sau al oricarui alt animal ce traieste pe uscat.

Diferenta consta doar in aceea ca la pesti e activat pentru o perioada mai scurta. Descoperirea aceasta a rasturnat o idee mai veche, cum ca dezvoltarea de membre a necesitat un eveniment evolutiv radical. „S-a dovedit ca masinaria genetica necesara crearii membrelor era deja prezenta in aripioare – spune Shubin. Nu implica obarsia noilor gene si procese de dezvoltare.

Implica reorganizarea vechilor retete genetice in modalitati noi.“ Desi genetica moderna ii da dreptate lui Darwin in toate felurile posibile, ea pune in lumina si cea mai mare greseala a sa. Ideile lui Darwin cu privire la mecanismul mostenirii erau intr-o mare dezordine – si gresite. El credea ca un organism era combinatia unui amestec de trasaturi ale parintilor, iar catre sfarsitul vietii a inceput sa creada ca acesta transmitea mai departe si trasaturi dobandite pe durata vietii.

El n-a inteles niciodata, asa cum a facut modestul calugar din Moravia Gregor Mendel, ca un organism nu este defel o combinatie a celor doi parinti ai sai, ci rezultatul compus al multor si multor trasaturi individuale transmise de mama si de tata de la propriii parinti si de la bunicii de dinaintea lor.

Lucrarea in care Mendel descrie natura speciala a procesului de mostenire a fost publicata intr-un obscur jurnal din Moravia in 1866, la doar sapte ani dupa Originea speciilor. O trimisese plin de speranta unor oameni de stiinta de vaza din vremea aceea, dar aceasta fusese in mare parte ignorata. Soarta a facut ca el sa moara cu ani inainte ca semnificatia descoperirii sale sa fie apreciata. Dar mostenirea sa, la fel ca a lui Darwin, n-a fost nicicand mai vie.



Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*