Czy możemy przewidzieć ewolucję?

A gdyby tak zacząć całą historię świata, jeszcze raz od początku? Czy uczestniczylibyśmy wtedy w narodzinach życia na ziemi? Czy widzielibyśmy pojawianie się tych samych organizmów? Ciężko powiedzieć, ale ostatnie prace amerykańskie pokazują, że w niektórych okolicznościach ewolucja może być przewidywalna.

Badacze od dawna się zapytywali, co by się stało, gdyby wszystko zacząć znów od zera, wychodząc od Big Bang. Czy uzyskalibyśmy ten sam rezultat? Czy uzyskalibyśmy te same formy życia, te same rośliny? Czy istniałby człowiek?

W rzeczywistości, niekoniecznie chodzi tutaj o loterię. Nie wszystko jest tutaj tylko i wyłącznie kwestią przypadku. Wszystkie organizmy, które zamieszkują ziemię, zostały poddane, od samego początku, presjom środowiskowym. Pytanie jest: czy gdybyśmy zaaplikowali te same presje środowiskowe, czy skończyłoby się uzyskaniem tego samego rezultatu?

Różne przeznaczenie w zależności od środowiska

Właśnie w tej optyce zapisuje się badanie, które przeprowadził Patrick McGrath z Uniwersytetu Rockefeller, wraz ze swoimi kolegami. Badanie zostało przeprowadzone na zwierzętach często używanych w biologii komórkowej: robaki z rodzaju Caenorhabditis.

Rezultaty, opublikowane w przeglądzie Nature, pokazują, że w niektórych przypadkach, odseparowana ewolucja różnych populacji może doprowadzić do tego samego rezultatu.

Robaki z rodzaju Caenorhabditis – tak samo jak liczne nicienie – mają cykl życia nieco szczególny. W stadium larwalnym, są one zdolne do wykrywania, czy będą musiały walczyć o dostęp do źródła pokarmowego, na obraz quorum sensing u bakterii, dzięki feromonom wysyłanym przez ich pobratymców.

Jeśli są one liczne, albo jeśli zasoby pokarmowe są małe, pogrążą się one w specjalnym stanie larwalnym, nazywanym larwą dauer, który mogą zachowywać przez wiele miesięcy, podczas którego wielka liczba ich funkcji się blokuje, redukując do niewielkiego poziomu konsumpcję energii. Mogą one następnie wrócić do dorosłej formy, kiedy środowisko jest mniej wrogie albo mniej konkurencyjne.

W laboratorium, robaki zostały wyhodowane w wielkich ilościach. Teoretycznie, warunki te powinny doprowadzić robaki do wybrania postaci dauer, ponieważ wykrywają one wysokie stężenie populacji.

Ale naukowcy zaobserwowali, że niektóre populacje Caenorhabditis elegans ignorowały wysyłane sygnały i przechodziły bezpośrednio do stadium dorosłego. W rzeczywistości, może to im zapewniać jakąś korzyść, ponieważ mimo silnego zagęszczenia, zasoby pokarmowe w laboratorium są zawsze wystarczające.

Unikając etapu larwy dauer, robaki te mogą się rozmnażać, a więc szybciej rozsiewać swoje geny. Jest to zaleta dla sukcesu reprodukcyjnego.

Te same geny dla różnych gatunków

Naukowcy odkryli, że ta adaptacja jest owocem zaniku dwóch genów odpowiedzialnych za syntezę i za funkcjonowanie jednego receptora feromonów wysyłanych przez robaki. Bez tego receptora, niemożliwe jest uzyskanie informacji dotyczących zagęszczenia populacji, a więc i wyzwolenie stadium larwy dauer.

Badacze więc porównali robaki ze swojego laboratorium z robakami z innych laboratoriów, aby znaleźć inne populacje pomijające etap larwy dauer. W ten sposób stwierdzili, że jedna populacja jednego gatunku tego samego rodzaju, C. briggsae, miała również tendencję do unikania stadium larwy dauer, nawet w obecności dużego zagęszczenia.

Wspólny przodek obydwu gatunków, C. elegans i C.briggsae jest stary, ma około 20 000 000 lat. Pominięcie stadium dauer u tych obydwu gatunków wynika z tego samego mechanizmu? To właśnie przebadali izraelscy badacze.

Odkryli oni, że dla C.briggsae również, zanik jednego genu zapewniał tę zdolność, a porównując go z dwoma utraconymi genami przez C.elegans, badacze zdali sobie sprawę, że geny te były owocem ewolucji jednego wspólnego genu, należącego do ich przodka.

Konkludując, podczas gdy jakaś setka genów jest odpowiedzialna za wyzwolenie stadium dauer, to ten sam gen jest tym, który został zmodyfikowany u obydwu gatunków. I to właśnie doprowadziło autorów badania do stwierdzenia, że w niektórych przypadkach i w pewnym zakresie, ewolucja jest przewidywalna.

A bardziej precyzyjnie, przypuszczają oni, że przestudiowane tutaj geny należą do jednej klasy, która ma kapitalne znaczenie w procesie ewolucji. Ich mutacja prowokuje zmiany w fenotypie, które są żywotne. Od tego momentu do stwierdzenia, że scenariusz życia rozegrałby się w ten sam sposób, gdyby został ponownie odtworzony, istnieje przepaść, której to badania ewidentnie nie pokonało.