Descoperirile științifice recente au condus unii oameni de știință la concluzia că este necesar să se facă ajustări și completări la teoria sintetică a evoluției.
Kevin Lalande a vizitat sala de conferințe, care a adunat câteva sute de oameni pentru a discuta despre viitorul biologiei evolutive. Unul dintre colegi s-a așezat cu el și l-a întrebat cum crede că merg lucrurile în această zonă.
- Totul pare să meargă bine, a răspuns Laland. "Nu au existat încă dispute grave."
Kevin Lalande este biolog evoluționist la Universitatea din St Andrews, în Scoția. Într-o după-amiază rece, înnorată, din noiembrie, a călătorit la Londra pentru a găzdui o întâlnire a Royal Scientific Society on New Trends in Evolutionary Biology. Sala era plină de biologi, antropologi, medici, informaticieni și ideologi autoproclamați. Royal Society of Science este găzduită într-o clădire impunătoare cu vedere la Parcul St James's. Singurul lucru pe care Lalande îl putea vedea astăzi din ferestrele înalte ale sălii de conferințe erau schela și plasa de fațadă pentru lucrările de renovare. În interior, Lalande spera, va exista și o modernizare azi, dar de un alt tip.
La mijlocul anilor 1900, biologii au completat teoria evoluției lui Darwin cu noi descoperiri din genetică și din alte domenii ale științei. Rezultatul a fost așa-numita „teorie sintetică a evoluției”, care a stabilit direcția biologiei evolutive de 50 de ani. În acea perioadă, oamenii de știință au aflat o mulțime de fapte despre modul în care funcționează viața și pot acum să secvențeze genomuri întregi, să observe cum genele se activează și se opresc în dezvoltarea embrionilor și cum animalele și plantele răspund la schimbările din mediu.
Drept urmare, Lalande și un grup de biologi care împărtășesc aceeași părere cu el au ajuns la concluzia că teoria sintetică a evoluției trebuie revizuită. A devenit necesar să îi oferim o nouă formă de viziune a evoluției, pe care au numit-o conceptul de „sinteză extinsă”. Alți biologi și-au exprimat dezacordul, argumentând că nu există o bază suficientă pentru o astfel de schimbare de paradigmă.
Această întâlnire de la Royal Society of Science a fost prima conferință publică în care Lalande și colegii săi au avut ocazia să își prezinte opiniile cu privire la această problemă. Dar Lalande nu avea chef să-și predice părerile către oameni cu gânduri similare, așa că biologii evolutivi proeminenți sceptici cu privire la principiile sintezei extinse au fost, de asemenea, invitați la conferință.
Ambele părți și-au exprimat punctele de vedere și criticile într-o manieră civilizată, dar uneori a existat tensiune în audiență, exprimată prin clipe, ochi rotunși și aplauze slabe.
Video promotional:
Dar nu a ajuns niciodată la lupte. Cel putin pentru moment.
Evoluție ca de obicei
Pentru orice știință, vine un moment de transformare și un moment în care lucrurile continuă ca de obicei. După ce Galilei și Newton au scos fizica din vechile concepții greșite din anii 1600, a început să treacă de la o realizare umilă la alta până în anii 1900. Apoi, Einstein și alți oameni de știință au pus bazele fizicii cuantice, au prezentat teoria relativității și alte noi modalități de cunoaștere a universului. Niciunul dintre ei nu a susținut că Newton a greșit. Dar se dovedește că universul este de fapt nu numai materie în mișcare.
Biologia evolutivă a avut propriile sale revoluții. Primul a început cu siguranță în 1859 cu The Origin of Species de Charles Darwin. Darwin a combinat informații din domeniile paleontologiei, embriologiei și altor științe pentru a arăta originea comună a tuturor organismelor vii. De asemenea, el a introdus conceptul de selecție naturală, un mecanism pentru gestionarea acestor schimbări pe termen lung. Fiecare generație a speciei a arătat o mare variabilitate. Uneori a ajutat organismele să supraviețuiască și să se reproducă și, datorită eredității, a fost transmis generațiilor următoare.
Darwin i-a inspirat pe biologii din întreaga lume să studieze animalele și plantele dintr-o perspectivă nouă, interpretând biologia lor ca adaptări ale generațiilor anterioare. Și a reușit acest lucru, în ciuda faptului că nu avea habar despre gene. Abia în anii '30, geneticienii și biologii și-au unit forțele și au reformulat teoria evoluției. Ereditatea a fost văzută ca transmiterea genelor din generație în generație. Modificările s-au datorat mutațiilor care ar putea fi amestecate pentru a crea noi combinații. Specii noi au apărut atunci când s-au format mutații în populații care au făcut imposibilă traversarea interspeciilor.
În 1942, biologul britanic Julian Huxley a descris acest concept emergent în cartea sa Evolution: Modern Synthesis. Oamenii de știință folosesc încă acest nume. (Uneori se referă la el ca neo-darwinism, deși termenul este de fapt înșelător. Termenul neo-darwinism a fost inventat în anii 1800 și a fost folosit de biologii care au promovat ideile lui Darwin în timpul vieții sale).
Teoria sintetică a evoluției s-a dovedit a fi un instrument puternic în domeniul problemelor legate de natură. Oamenii de știință au folosit-o pentru o varietate de descoperiri din istoria vieții, cum ar fi de ce unii oameni sunt predispuși la boli genetice precum boala celulelor secera sau de ce pesticidele mai devreme sau mai târziu încetează să lucreze la dăunători. Însă, la scurt timp după formarea conceptului de sinteză modernă, diferiți biologi au început să se plângă periodic de categoricitatea excesivă. Cu toate acestea, abia în ultimii ani Lalande și alți oameni de știință au reușit să unească și să coordoneze eforturile pentru a dezvolta principiile unei sinteze evolutive extinse care ar putea să-l înlocuiască.
Cercetătorii nu consideră teoria sintetică a evoluției ca fiind un concept eronat - pur și simplu nu este capabil să reflecte toată bogăția evoluției. Organismele moștenesc mai mult decât doar genele - pot moșteni alte molecule celulare, precum și comportamentele pe care le învață și habitatele ancestrale. Lalande și colegii săi contestă, de asemenea, rolul imperativ al selecției naturale în explicarea modului în care viața a devenit așa cum o știm astăzi. Cursul evoluției poate fi influențat de alte procese, de la regulile conform cărora speciile se dezvoltă, până la condițiile exterioare ale locuinței lor.
„Nu este vorba de înșurubarea din ce în ce mai multe mașini la ceea ce avem deja”, a spus Lalande. „Trebuie să privim cauzalitatea dintr-un unghi diferit”.
Complementând Darwin
Biologul Universității Tel Aviv, Eva Jablonka, în discursul său a încercat să analizeze dovezile că nu numai genele pot determina formele de moștenire.
Celulele noastre folosesc un număr de molecule pentru a recunoaște ce gene formează proteine. De exemplu, într-un proces numit metilare, celulele își restricționează ADN-ul pentru a menține anumite gene închise. Când celulele se divid, ele pot utiliza același principiu, controlând astfel ADN-ul nou. Anumite semnale primite din mediu pot determina celulele să schimbe așa-numitul control „epigenetic”, permițând organismelor să se adapteze la noile condiții.
Unele studii arată că, în anumite circumstanțe, modificările epigenetice ale părintelui pot fi transmise urmașilor. Și, la rândul lor, pot transmite copiilor lor acest cod epigenetic modificat. Acesta este un tip de moștenire în afara genelor.
Acest principiu al moștenirii se vede mai ales clar în plante. Într-un studiu, oamenii de știință au fost capabili să urmărească un model modificat de metilare până la 31 de generații folosind o plantă numită Arabidopsis. Acest tip de moștenire poate modifica semnificativ funcționarea corpului. Într-un alt studiu, oamenii de știință au descoperit că modelele de metilare moștenite ar putea schimba timpul de înflorire al Arabidopsisului și pot afecta dimensiunea rădăcinilor sale. Variabilitatea cauzată de aceste tipare a fost mai mare decât cea provocată de mutațiile obișnuite.
După prezentarea dovezilor, doamna Yablonka a susținut că diferențele epigenetice ar putea determina maturitatea organismelor pentru procreare. „Selecția naturală ar putea avea un impact asupra acestui sistem”, a spus ea.
Întrucât selecția naturală are un impact semnificativ asupra evoluției, participanții la conferințe au prezentat dovezi despre cum poate fi limitată sau deplasată într-o direcție diferită. Biologul Universității din Viena, Gerd Müller, a citat un exemplu din propriile sale cercetări asupra șopârlelor. Unele specii de șopârlele și-au pierdut degetele de la picioarele posterioare în timpul evoluției. Unele specii aveau doar patru degetele de la picioare, altele doar unul, iar unele și-au pierdut membrele în întregime.
Potrivit lui Mueller, teoria sintetică a evoluției îi determină pe oamenii de știință să vadă aceste mecanisme ca fiind doar rezultatul selecției naturale, ceea ce favorizează o opțiune datorită avantajelor sale în supraviețuire. Dar această abordare nu va funcționa dacă vă întrebați care este avantajul pentru o anumită specie de indivizi în pierderea primului și ultimului deget, și nu pentru oricare alte.
"Răspunsul la această întrebare este că nu există niciun avantaj selectiv real", a spus Mueller.
Cheia pentru a înțelege de ce șopârlele pierd anumite vârfuri este în primul rând modul în care se dezvoltă degetele de la șopârlă în starea lor embrionară. Procesele apar mai întâi pe părțile laterale, apoi cinci degete se dezvoltă din ele, întotdeauna în aceeași secvență. Și le pierd în cursul evoluției în ordine inversă. Müller sugerează că astfel de limitări sunt cauzate de incapacitatea mutațiilor de a reproduce toate modificările posibile ale unei trăsături. Astfel, anumite combinații de degete nu sunt disponibile, iar selecția naturală nu le poate selecta deloc.
Dezvoltarea poate limita evoluția, iar pe de altă parte înzestrează animalele și plantele cu o plasticitate ridicată. Sonia Sultan, ecologă în evoluție la Universitatea Wesleyan, a dat un exemplu curios în discursul ei, vorbind despre planta din familia de hrișcă pe care o studia, menta cu piper.
În cadrul sintezei moderne, a spus Sultan, adaptarea montanului vă va părea un rezultat bine ajustat al selecției naturale. Dacă crește în condiții de lumină scăzută, selecția naturală va favoriza plantele cu trăsături modificate care le permit să prospere în mediu, de exemplu prin dezvoltarea frunzelor mai largi pentru fotosinteză. Iar cei care cresc în lumina puternică a soarelui dezvoltă adaptări pentru creșterea cu succes în diferite condiții.
„Acest lucru vorbește în favoarea punctului de vedere că întâlnirea noastră este dedicată opunerii”, a spus Sultan.
Dacă crești plante Knotweed identice genetic în condiții diferite, vei ajunge cu plante care par a aparține unor specii diferite.
Pentru început, menta ajustează dimensiunea frunzelor sale la cantitatea de lumină solară pe care o primește. În lumina strălucitoare, frunzele lor devin înguste și groase, iar la lumină scăzută, acestea devin largi și subțiri. În solul uscat, aceste plante se rădăcină adânc în pământ în căutarea apei, iar în solul bine hidratat, rădăcinile devin scurte, păroase și puțin adânci.
Oamenii de știință de la întâlnire au susținut că o astfel de plasticitate poate contribui la evoluția de la sine. Permite plantelor să se răspândească în diferite habitate, de exemplu, la care selecția naturală își adaptează genele. Printre vorbitori a fost Susan Anton, paleoantropolog la Universitatea New York, care a susținut că plasticitatea ar putea juca un rol semnificativ în evoluția umană până atunci subestimată. Aceasta deoarece în ultima jumătate de secol, sinteza modernă a influențat semnificativ studiul său.
Paleoantropologii au avut tendința de a trata trăsăturile găsite în fosile ca urmare a diferențelor genetice. Acest lucru le-a permis să recreeze arborele evolutiv al omului și formele dispărute aproape de el. Adepții acestei abordări au obținut rezultate semnificative, a recunoscut Anton. Până în anii 1980, oamenii de știință și-au dat seama că acum aproximativ două milioane de ani, rudele noastre timpurii erau mici și aveau creiere mici. Apoi, reprezentanții uneia dintre liniile moștenirii au devenit mai înalți și au dezvoltat un creier mare. Această tranziție a marcat originea genului nostru, Homo.
Dar uneori paleoantropologii au descoperit variații greu de înțeles. Cele două fosile pot părea că aparțin aceleiași specii în unele moduri, dar foarte diferite în altele. Oamenii de știință tind să ignore aceste diferențe induse de mediu. „Am vrut să scăpăm de toate și să ajungem la punct”, a spus Anton.
Dar „toate acestea” sunt prea multe de ignorat. Oamenii de știință au descoperit o varietate uluitoare de fosile umanoide care datează de acum 1,5 - 2,5 milioane de ani. Unele sunt înalte și altele nu, altele au creierul mare, iar altele au creierul mic. Toate scheletele lor au trăsături Homo, dar fiecare are o combinație confuză de diferențe.
Anton consideră că principiile sintezei avansate pot ajuta oamenii de știință să înțeleagă această poveste confuză. Ea crede, în special, că colegii ei ar trebui să ia în serios plasticitatea ca o explicație pentru diversitatea ciudată a fosilelor umane timpurii.
În sprijinul acestei idei, Anthon a remarcat că oamenii vii au propriul fel de plasticitate. Calitatea mâncării pe care o primește o femeie în timpul sarcinii poate afecta creșterea și sănătatea copilului, iar impactul poate fi remarcat până la vârsta adultă. Mai mult, dimensiunea femeii însăși, care depinde în parte de dieta propriei mame, își poate afecta copiii. Biologii au descoperit, de exemplu, că copiii femeilor cu picioare lungi sunt în general mai înalți decât colegii lor.
Anthon a sugerat că schimbările ciudate din arhiva paleontologică ar putea fi exemple și mai dramatice de plasticitate. Toate aceste fosile datează dintr-o perioadă în care clima din Africa a suferit fluctuații extreme. Secetele și ploile abundente ar putea schimba resursele alimentare în diferite regiuni ale lumii, determinând dezvoltarea timpurie a oamenilor într-o direcție diferită.
Teoria de sinteză evolutivă extinsă ne poate ajuta și cu un alt capitol din istoria noastră - apariția agriculturii. În Asia, Africa și America, oamenii au domesticit culturi și animale. Arheologul Smithsonian Melinda Zeder a ținut o discuție despre înțelegerea problematică a modului în care s-ar fi putut produce această transformare.
Înainte ca oamenii să înceapă să facă agricultură, trebuiau să-și ia singuri mâncarea și vânatul. Zeder a explicat cât de mulți oameni de știință interpretează comportamentul culegătorilor în contextul sintezei evolutive moderne: ca fiind ceva superb reglementat de selecția naturală pentru a obține recompense mai bune pentru eforturile lor de a găsi hrană.
Este greu de imaginat cum astfel de adunători ar fi putut trece la agricultură. „Nu primiți plăcere imediată prin apucarea mâncării și prin introducerea în gură”, mi-a spus Zeder.
Unii oameni de știință au sugerat că tranziția la agricultură poate să fi avut loc în timpul unei schimbări climatice, când găsirea plantelor sălbatice a devenit mult mai dificilă. Însă Zeder și alții nu au găsit nicio dovadă a crizei în care agricultura ar fi putut să apară.
Zeder susține că există un alt punct de vedere în această privință. Oamenii nu sunt zombi ascultători care încearcă să supraviețuiască într-un mediu constant, ci persoane cu gândire creativă, care pot schimba mediul însuși și pot evolua direct într-o nouă direcție.
Oamenii de știință numesc această construcție de nișă ecologică, un proces care implică multe specii. Printre cazurile clasice, castorii sunt de remarcat. Au tăiat copacii și au construit un baraj, creând un iaz. În aceste condiții noi, unele specii de plante și animale vor fi mai bune decât altele. Și se vor adapta în moduri noi la mediul lor. Acest lucru este valabil nu numai pentru plantele și animalele care trăiesc în jurul iazului castorului, ci și pentru castorii înșiși.
Potrivit lui Zeder, prima ei cunoaștere a conceptului de a construi o nișă ecologică a fost o revelație pentru ea. „A fost ca niște mici explozii în capul meu”, mi-a spus ea. Descoperirile arheologice colectate de ea și de alți oameni de știință vor ajuta să înțeleagă modul în care oamenii au reușit să schimbe condițiile de mediu.
Primii colectori par să fi îndepărtat plantele sălbatice departe de habitatele lor naturale, astfel încât acestea pot fi întotdeauna găsite la îndemână. Prin udarea plantelor și protejarea lor de erbivore, oamenii le-au ajutat să se adapteze la noul lor mediu. De asemenea, speciile de buruieni și-au schimbat habitatul și au devenit culturi agricole independente. Unele animale s-au adaptat și la mediul lor, devenind câini, pisici și alte specii domestice.
Treptat, din petele împrăștiate haotic de terenuri locuite de plante sălbatice, condițiile de mediu s-au schimbat în câmpuri arabile dens localizate. Aceasta a contribuit nu numai la evoluția plantelor, ci și la dezvoltarea culturii în rândul țăranilor. În loc să rătăcească în jurul lumii ca niște nomazi, s-au stabilit în sate și au avut ocazia să cultive pământul din jur. Societatea a devenit mai stabilă pe măsură ce copiii primesc moștenire ecologică de la părinți. Așa a început civilizația.
Construirea unei nișe ecologice este doar unul dintre numeroasele concepte avansate de sinteză evolutivă care ne poate ajuta să înțelegem procesul de domesticire, a spus Zeder. În timpul discursului ei, ea a prezentat o varietate de predicții diapozitive cu diapozitive, variind de la mișcările adunătorilor timpurii până la ritmul evoluției plantelor.
„M-am simțit ca o reclamă pentru principiile sintezei evolutive extinse”, mi-a spus mai târziu Zeder, râzând. - Dar asta nu este totul! Puteți obține un set de cuțite de bucătărie!"
Revenirea selecției naturale
Printre cei din sală se număra un biolog pe nume David Schacker, cercetător la Universitatea din St Andrews. El a ascultat calm discuțiile timp de o zi și jumătate și a decis acum să ia singur cuvântul și a ridicat mâna.
Vorbitorul din fața sa a fost Denis Noble, fiziolog cu șoc de păr cenușiu și sacou albastru. Noble, care și-a petrecut cea mai mare parte a carierei sale la Oxford, a spus că a început ca biolog tradițional, care credea că genele sunt cauza finală a tot ceea ce există în corp. Dar în ultimii ani, s-a răzgândit și a început să vorbească despre genom nu ca bază pentru viață, ci ca un organ sensibil care detectează stresul și este capabil să se reconstruiască pentru a depăși problemele. "Mi-a luat mult timp să ajung la această concluzie", a spus Noble.
Pentru a ilustra această perspectivă nouă, Noble a vorbit despre o varietate de experimente recente. Una dintre ele a fost publicată anul trecut de o echipă de la Universitatea din Lectură și a fost studiul bacteriilor care se mișcă prin mediu folosind cozi lungi și rotative.
În primul rând, oamenii de știință au izolat o genă din ADN-ul bacteriilor care este responsabil de creșterea unei cozi. Apoi au așezat indivizii fără taină rezultate într-o farfurie Petri cu o scăzută aprovizionare cu mâncare, pe care au consumat-o curând. Fără capacitatea de a se mișca, au murit. În mai puțin de patru zile în aceste condiții grave, bacteriile au început din nou să înoate. La o inspecție atentă, s-a descoperit că au crescut cozi noi.
„Strategia este de a crea schimbări evolutive rapide în genom ca răspuns la influențe externe adverse”, a explicat Noble publicului. „Este un sistem de auto-susținere care permite ca anumite proprietăți să se manifeste independent de ADN”.
Shaker nu i s-a părut convingător și, după ce aplauzele au încetat, a decis să intre într-o discuție cu Noble.
"Ați putea comenta mecanismul din spatele acestei descoperiri?" - a întrebat Shaker.
Noble începu să bâlbâie. „Mecanismul, în termeni generali, pot, da …” a spus el, apoi a început să vorbească despre rețele și reguli și căutarea febrilă a unei ieșiri din criză. „Trebuie să vă referiți la textul original al raportului”, a spus el.
Când Noble se străduia să răspundă, Shaker aruncă o privire spre prelegerea deschisă pe panoul său. Și a început să citească cu voce tare unul dintre paragrafe.
„Concluziile noastre demonstrează că selecția naturală poate schimba rapid rețelele de reglementare”, a citit Shaker și și-a dat jos iPad-ul. „Acesta este un exemplu minunat, doar minunat, de evoluție neo-darwiniană rapidă”, a spus el.
Shaker a obținut însăși esența sentimentelor unui număr considerabil de sceptici cu care am putut să vorbesc la conferință. Retorica ambițioasă cu privire la schimbarea paradigmei a fost în mare parte nefondată, au spus ei. Cu toate acestea, acești sceptici nu au rămas în umbră. Unii dintre ei au decis să ia cuvântul în persoană.
„Cred că mă aștept să vorbesc despre evoluția jurasică”, a spus Douglas Futuima, ocupând podiumul. Futuima este un biolog fluent la Universitatea Stony Brook din New York și autorul unei manuale majore despre evoluție. În timpul întâlnirii, el a fost inundat de reclamații că manualele au acordat puțină atenție unor lucruri precum epigenetică și plasticitate. De fapt, Futuima a fost invitată doar să le explice colegilor de ce aceste concepte au fost ignorate.
„Trebuie să recunoaștem că principiile de bază ale teoriei sintetice a evoluției sunt puternice și valide”, a spus Futuima. Nu numai că, a adăugat el, dar varietățile de biologie discutate la Royal Society nu sunt chiar atât de noi. Creatorii teoriei sintetice a evoluției le-au menționat în urmă cu mai bine de 50 de ani. Pentru a le înțelege, s-au efectuat multe studii bazate pe sinteza evolutivă modernă.
Ia plasticitate. Variația genetică la animale sau plante reglează gama de forme pe care un organism le poate dezvolta. Mutațiile sunt capabile să schimbe acest interval. Iar modelele matematice ale selecției naturale arată cum poate promova anumite tipuri de plasticitate în detrimentul altora.
Dacă teoria sintezei evolutive extinse nu este nevoie de nimeni, cum se face că o întreagă întâlnire la Royal Society of Science i-a fost dedicată? Futuima a sugerat că acest interes este mai degrabă emoțional decât științific. Principiile sale au făcut din viață o forță motrice, nu o armă de mutație latentă.
„Cred că știința nu se poate baza pe ceea ce găsim mai atractiv din punct de vedere emoțional sau estetic”, a spus Futuima.
Cu toate acestea, el a mers foarte mult pentru a arăta că cercetările discutate în sesiune ar putea duce la câteva concluzii interesante despre evoluție. Dar aceste concluzii pot apărea doar ca urmare a muncii grele, ceea ce implică apariția de date fiabile. „S-au scris destule eseuri și rapoarte pe acest subiect”, a spus el.
Unii membri ai publicului au început să bată cu Futuima. Alți vorbitori sceptici au fost dezbrăcați de argumente pe care le-au considerat lipsite de sens. Însă întâlnirea era încă finalizată în a treia zi, fără lupte.
"Este probabil prima dintre multe, multe întâlniri", mi-a spus Lalande. În septembrie, un consorțiu de oameni de știință din Europa și Statele Unite a primit finanțare de 11 milioane de dolari (din care 8 milioane de dolari de la Fundația John Templeton) pentru a efectua 22 de studii asupra principiilor sintezei evolutive avansate.
Multe dintre aceste studii vor testa predicțiile care au apărut din teoria sintetică a evoluției în ultimii ani. Vor afla, de exemplu, dacă speciile care își construiesc propriul habitat - acoperișuri, cuiburi de coarne și așa mai departe - pot crește în mai multe specii decât cele care nu. De asemenea, vor lua în considerare dacă plasticitatea ridicată permite adaptarea mai rapidă la noile condiții.
„Efectuarea acestei cercetări este ceea ce solicită criticii noștri”, a spus Lalande. „Du-te și găsește dovezi”.
