Uczeni z Harvardu na tropie ewolucyjnej niespodzianki

Uczeni z Harvardu na tropie ewolucyjnej niespodzianki. Najprościej rzecz ująwszy ewolucja działa na dwóch genetycznych zasadach, czy inaczej rzekłszy wg dwóch modeli. Jeden dało by się określić jako model ciągłości, a drugi – wielkiego skoku. Ciągłość polega na tym, że mamy gen A i odpowiada on za produkcję białka A, to zaś białko warunkuje cechę A. W toku selekcji naturalnej kolejne powstające spontanicznie na drodze mutacji warianty genu A stają się – teoretycznie – coraz lepiej przystosowane do konkretnego środowiska czy sposobu życia i pozwalają stworzeniu niosącemu w swym DNA gen A na coraz liczniejsze płodne potomstwo. Czyli de facto kryterium sukcesu jest doczekanie się wnuków. Takie zmiany są również odpowiedzialne za powstawanie nowych gatunków, dość podobnych do tego, który miał gen A. Wielki skok polega zaś na tym, że w jakimś organizmie pojawia się – np. dzięki wprowadzeniu sporych fragmentów DNA przez wirusy – całkiem nowy zestaw kilku genów. Co ma poważne konsekwencje dla biologii tego organizmu i pozwala mu – teoretycznie – np. całkowicie zmienić środowisko czy przetrwać katastroficzną zmianę warunków. W każdej jednak z tych sytuacji najprostszą konsekwencją jest stopniowe zmienianie się organizmów tak, że koty dachowe są podobne do rysi czy lampartów wystarczająco, aby wsadzić je do jednej rodziny „tak na oko”. Tu pojawiają się także – wynikłe głównie z badań paleontologicznych – „ogniwa pośrednie procesu ewolucji”, którymi zadręczano nas na lekcjach biologii w liceum. Taką stopniowo zachodzącą ewolucję daje się zdrowym rozsądkiem ogarnąć. Tu, choć oko lancetnika, ryby, żaby, jaszczurki, sokoła oraz małpy są odmienne, mają jednak wspólnego „przodka”, a zatem wspólny plan budowy i rozwój embrionalny. Te same podstawowe geny zatem zawiadują tym, by oko powstało u minoga i u człowieka. Występują jednak na naszej planecie organizmy, które całe są jedną wielką ewolucyjną niespodzianką i ciągle pojawia się – nawet w najpoważniejszej prasie naukowej stwierdzenie, że są one niczym z kosmosu. Mowa oczywiście o głowonogach tzw. płaszczoobrosłych, czyli ośmiornicach i dziesięciornicach, wśród których popularnie wyróżnia się mątwy i kałamarnice. Będziemy tu zatem rozmawiać wyłącznie o głowonogach z muszlą wewnętrzną, nie zaś o niemalże wymarłych dziś łodzikowcach (choć przepięknych w swej idealnie, wg złotego podziału zbudowanej muszli), oraz wymarłych amonitach, znanych z osadów od dewonu aż do końca kredy. Te „archaiczne głowonogi” bowiem różnią się na wielu molekularnych płaszczyznach od tych „inteligentnych, kosmicznych i przedziwnych”, które „wybuchły” na naszej planecie w ramach tzw. eksplozji kambryjskiej. Stworzenie, które odkręci słoik typu twist Ośmiornice są przedziwne, co wiadomo od dawna – ciężko bowiem znaleźć inne stworzenie, które bez treningu wpadnie na to, jak sobie odkręcić słoik typu twist z ukrytym wewnątrz przysmakiem, aby się do niego dobrać. A ośmiornica potrafi. Jak odkryto miesiąc temu, ma przedziwnie zorganizowany układ nerwowy. Jest on zbudowany z kilku (u ośmiornic dokładnie 9) w dużym stopniu niezależnych od siebie centrów zarządzania – czyli jakby 9 mózgów.Każde ramię ma własny, jest też zwój centralny. Ten jednak nie zawiaduje pracą ramion – jest od ważniejszych rzeczy. To ramiona nawzajem „wiedzą, gdzie są” – ich zwoje współpracują w kwestii ruchu. My – mniemając iż mamy najlepiej rozwinięty układ nerwowy na tej planecie – nie umiemy ruszać nogami tak, aby mózg o tym nie wiedział i tego nie koordynował. A ile pamięci nam to zajmuje i energii zabiera! Od 2015, a jeszcze głębiej od kwietnia 2017 roku, dzięki badaniom Joshuy Rosenthala z US Marine Biological Laboratory, stało się jasne, że głowonogi płaszczoobrosłe nie używają swych genów tak, jak cała reszta świata. Korzystają bowiem bardzo intensywnie (nawet do 60 proc. ekspresji wszystkich genów) z tzw. edytowania RNA. Co to takiego? Jeśli DNA jest księgą naszego życia, z której pracowici molekularni kopiści przepisują geny – pojedyncze karty – aby ostatecznie powstawały na ich matrycy białka niezbędne do trwania i rozwoju, to kopiści ośmiornic są niezmiernie twórczy i wprowadzają do przepisywanych kart setki zmian stylistycznych. Taki zapis – choć ryzykownie odbiega od oryginału, nie naruszając go jednak – okazuje się pozwalać na idealne szybkie dostosowywanie się. Proces zaś ma miejsce głównie, choć nie wyłącznie w mózgu. Trudno zatem nie próbować w jakiś sposób go powiązać z nietuzinkową – zwłaszcza jak na bezkręgowce – inteligencją ośmiornic. Być jak głowonogi Takich przedziwnych ewolucyjnych inwencji mają w swej biologii głowonogi wiele. Jedną z najbardziej spektakularnych są zaś ich oczy. Głowonogi, choć na pierwszy rzut oka wydaja się być stworzeniami symetrycznymi promieniście, oczu mają dwoje, jak zwierzęta dwuboczne, np. my. Co więcej, nawet podczas anatomicznej sekcji wydaje się oczywistym, że ich oko jest łudząco podobne do ssaczego. Dopiero wgłębienie się w te struktury pod mikroskopem lub przyjrzenie się rozwojowi tego organu podczas wzrostu osobnika (głowonogi nie mają larw, dzieci wyglądają jak miniaturowi dorośli) pozwala pojąć, że podobieństwo z naszym okiem jest tyleż łudzące, co złudne. Oczy ośmiornicy i ssaka nie pochodzą od wspólnego przodka. Naukowo rzecz ujmując, są to organy analogiczne, a nie homologiczne. Przez porównanie: analogiczne są skrzydło motyla i ptaka. Homologiczne jest skrzydło ptaka i ludzka ręka. Taka ewolucja nazywa się konwergentną.Rozwojem oka głowonoga od lat zajmuje się grupa uczonych pod kierunkiem Prof. Kristen Koenig z Uniwersytetu Harvarda. Na niedawnej konferencji „Ewolution 2019” w Providence (Rhode Island, USA) przedstawili oni wyniki swych najnowszych prac. Najpierw istotnym jest tu wspomnieć, że gdy spojrzeć pod mikroskopem, widać, że soczewka – czyli podstawowy optyczny element oka – u głowonogów jest tworzona z wyjątkowo długich błon wystających z wyspecjalizowanych komórek (tzw. komórek lentigennych), które nakładając się i łącząc tworzą ostatecznie zwartą kulę. Nasze soczewki są zaś zdegradowanymi komórkami, które są wypełnione czystym białkiem, tzw. substancją szklistą. Aby dowiedzieć się, jak tworzą się soczewki głowonogów, naukowcy dokładnie śledzili, gdzie, kiedy i które geny włączają się i wyłączają, podczas rozwoju zarodka Doryteuthis pealeii, jadanego powszechnie kalmara, pysznego tak z gorącego oleju, jak i po przygotowaniu na parze. Ewolucja bywa dowcipna Wiadomo na pewno, które komórki są lentigenne, bo w ich wnętrzu aktywny jest gen kodujący białko zwane S-krystaliną. Gdy sprawdzić, za pomocą techniki zwanej RNA-seq, jakie jeszcze geny są tam aktywne podczas procesu rozwoju soczewki, okazuje się, że najistotniejszy jest zespół genetyczny zwany WNT, obejmujący kaskadę przekazywania sygnałów o tej samej nazwie. Normalnie to geny kontrolujące wzrost kończyn – i to nie tylko u wszystkich kręgowców, ale także owadów, co szczegółowo już dawno temu przebadano w modelu muszki owocowej, Drosophila melanogaster. Gdy rozwijającym się ośmiornicom zahamowano aktywność owych genów WNT, ich oczy były pozbawione soczewek, zaś kończynom (o ile można ich ramiona uznać za kończyny) nic nie brakowało. Ewolucja bywa dowcipna i lubi czasem odkrywać na nowo i w zupełnie innej odsłonie te same genetyczne elementy. Bez specjalnego retuszu, co muszce owocówce buduje skrzydła, a nam nogi, będzie budowało ośmiornicom i dziesięciornicom oczy. Okazuje się, że mechanizmem ewolucji bywa także – o ile jest to ewolucja ośmiornic – całkowite przeniesienie konkretnych sił i środków z jednego obszaru życia, na zupełnie inny. Z poruszania się na widzenie. Czemu nie? #wieszwiecej Polub nas