Żywa nieskamieniałość

8 lutego 2015
Blog szalonych naukowców

Skrzypłocz

Żywa skamieniałość to oksymoron. Jest jak chimera z bestiariusza łącząca cechy z dwóch domen. Takie zjawiska zawsze wzbudzały zainteresowanie, więc i teraz są wdzięcznym tematem powracającym od czasu do czasu w świecie popularnonaukowym (choćby w „The Scientiście” z 2 kwietnia 2013).

Niedawny powrót wziął się z publikacji w PNAS dotyczącej bakterii siarkowych, których skamieniałości sprzed 1,8 mld i 2,3 mld niedawno odkryto w złożach Australii. Wydaje się, że współczesne bakterie żyjące w osadach przy brzegach Ameryki Płd. są identyczne. Same skamieniałości dzieli pół miliarda lat (to więcej niż od wyjścia życia na ląd), co daje długi okres bez zmian, a istnienie dziś podobnych organizmów działa na wyobraźnię jeszcze mocniej.

Istnienie żywych skamieniałości bywa wysuwane przez kreacjonistów jako argument przeciwko ewolucji. Jak wszystkie argumenty kreacjonistów (inne niż po prostu religijne), wynikają one z niezrozumienia teorii ewolucji. Owszem, istnienie żywych skamieniałości podważa niektóre z modeli ewolucyjnych, zarówno przed-, jak i podarwninowskich. Wczesny, jeszcze średniowieczny ewolucjonizm opierał się na koncepcji drabiny bytów i w ogóle nie zakładał bezpośredniej przemiany gatunków.

Późniejszy ewolucjonizm Lamarcka (dla gatunków organizmów) i Spencera (dla społeczeństw) wyrósł z tej samej wizji hierarchicznego doskonalenia. Dlatego nie tylko istnienie żywych skamieniałości, ale w ogóle jakichkolwiek organizmów „nisko uorganizowanych” było w lamarkizmie problemem, który trzeba było obejść, odwołując się np. do samorództwa i ciągłego powstawania na nowo „prymitywnych” form.

Gdy teoria Darwina i Wallace’a odrzuciła bagaż rozwoju dzięki parciu ku absolutnej doskonałości na rzecz doboru naturalnego, można byłoby się spodziewać, że sprawa zniknie. Niestety, podejścia Spencera utożsamiającego ewolucję z kierunkowym rozwojem nie udało się całkiem pozbyć. Z trzech rodzajów doboru (rozrywający, stabilizujący i kierunkowy) niektórzy najbardziej skupili się na tym ostatnim, choćby dlatego, że daje on ładne przykłady. Posunięciem do skrajności, co aż ostatecznie stało się sprzeczne z esencją darwinizmu, była koncepcja ortogenezy.

Według niej raz rozpoczęty kierunek rozwoju pewnej cechy siłą jakiejś bezwładności posuwa się do przodu, aż nowe nabytki ewolucyjne okażą się zabójcze dla samych ich nosicieli. Tak tłumaczono np. zwiększanie rozmiarów ciał dinozaurów czy zwiększanie się rozmiarów kłów u tygrysów szablozębnych. Wydawało się, że w tym ostatnim przypadku początkowy wzrost rozmiarów kłów dał przewagę ewolucyjną nad innymi drapieżcami, co wyzwoliło mechanizm ortogenetycznego powiększania tych kłów w kolejnych pokoleniach, aż wreszcie biedne tygrysy szablozębne nie były w stanie rozewrzeć szczęk w wystarczającym stopniu – i wyginęły. Taki mechanizm bezwładności nie istnieje i nie dość, że nie wynika z teorii Darwina, to jest z nią sprzeczny, nawet jeśli nie zauważają tego odwołujący się do jakiejś elan vitale filozofowie spod znaku Bergsona czy Teilharda de Chardin.

Mimo to wciąż np. ewolucję koniowatych przedstawia się w popularnych opracowaniach (nie wyłączając podręczników) jako kierunkowy ciąg zmian od niewielkich stworzeń o kilku palcach i małych zębach do znanych nam osłów, koni i zebr, które są dość duże, mają po jednym palcu i mają wysokie korony zębów, ignorując fakt, że równocześnie żyło wiele koniowatych, które ewoluowały w innych kierunkach. To tak jakby drogę z południa na północ Polski zacząć w Sanoku, potem jechać przez Krosno, Rzeszów, Kielce, Radom, Bydgoszcz i skończyć w Gdańsku, twierdząc, że jest to dowód na to, że miasta na południu Polski są mniejsze niż na północy.

Dobór kierunkowy jest spektakularny, ale tak naprawdę na co dzień mamy do czynienia z doborem stabilizującym, który faworyzuje osobniki najbardziej typowe dla populacji. Niektórzy posuwają się stawiania tez, że ewolucja zachodzi tylko w krótkich, porozrzucanych w historii życia okresach oddzielonych długimi okresami stazy. Jest to jak najbardziej zgodne z teorią Darwina – gdy środowisko się nie zmienia, nie ma żadnego mechanizmu, który miałby prowadzić do doboru naturalnego. Zatem istnienie organizmów, które w zasadzie nie ewoluują, jest potwierdzeniem tego, że to model Darwina jest bliższy prawdy niż np. model ortogenezy.

Oczywiście świat jest bardziej skomplikowany i należy pamiętać, że środowiskiem organizmów są nie tylko woda, powietrze i gleba. Co więcej, nie tylko są to pasożyty i drapieżcy. Środowiskiem są też pobratymcy. Dlatego ciężko jest znaleźć populacje, które by nie podlegały takiemu czy innemu doborowi kierunkowemu (choć zdarza się, że warunki wymuszające dobór w kierunku + po kilku pokoleniach zmieniają się na warunki preferujące kierunek – i z perspektywy kilkunastu pokoleń zmiany są niewidoczne). Ponadto niektóre zmiany, zwłaszcza na poziomie DNA, mogą być po prostu neutralne – nie dawać przewagi, ale też nie upośledzać, a więc mogą się utrwalić mimo braku działania doboru.

Wróćmy jednak do żywych skamieniałości. Termin ten jest wcale nie taki jednoznaczny, jakby się mogło wydawać (więcej o tym choćby w listopadowo-grudniowym numerze „American Scientist”). Gdy już się jednak umówimy, że np. latimeria czy hatteria to wystarczająco dobrzy przedstawiciele żywych skamieniałości, to okaże się, że wcale nie są one takie znowuż niezmienne na przestrzeni milionów lat. Dość wspomnieć, że latimerie żyją w wodach słonych, a ich przodkowie żyli w wodach słodkich, co oznacza, że musieli mieć kompletnie inną fizjologię gospodarki wodą i elektrolitami. Na dodatek są też jakieś różnice w budowie szkieletu.

Również hatterie współczesne i kopalne różnią się jakimiś szczegółami uzębienia. Co ciekawsze, badania molekularne wskazują, że DNA hatterii podlega najgwałtowniejszym wśród (zbadanych) kręgowców zmianom. Jak więc widać, stagnacja morfologiczna może zupełnie rozjeżdżać się z ewolucją fizjologiczną i molekularną. Lepszym terminem niż „żywa skamieniałość” może zatem być „stabilomorf”, termin ukuty przez Kina i Błażejowskiego przy okazji odkrycia, że pewne skrzypłocze wyglądają mniej więcej tak samo od 150 mln lat.

A bakterie siarkowe? Czy są żywymi skamieniałościami? To zależy od definicji i interpretacji. Autorzy artykułu w PNAS piszą, że sprawa wymaga dalszych badań, ale podobna morfologia i podobne siedlisko wskazują na to, że bakterie te pewnie w istocie niezbyt się zmieniły przez te z górą 2 miliardy lat, od kiedy nastąpiła tzw. katastrofa tlenowa, która spowodowała wymarcie całej masy ówczesnego, beztlenowego życia. W tym sensie ich istnienie potwierdza mechanizm darwinowski, gdzie dobór stabilizujący działa, dopóki środowisko się nie zmienia.

O ewolucji na poziomie DNA wolą się nie wypowiadać, bo jej śladów w skamieniałościach nie ma. Pewne serwisy popularnonaukowe podsumowują to zaś jako odkrycie organizmów, które nie ewoluują od miliardów lat (wśród nich ten, o którym już pisałem w podobnych duchu). Na szczęście inne nie zapominają o tym, że ewolucja nie ogranicza się do zmian morfologicznych.

Piotr Panek

fot. Pos Robert, zdjęcie udostępnione przez administrację USA do domeny publicznej
ResearchBlogging.org
Kin, A., & Błażejowski, B. (2014). The Horseshoe Crab of the Genus Limulus: Living Fossil or Stabilomorph? PLoS ONE, 9 (10) DOI: 10.1371/journal.pone.0108036

Schopf, J., Kudryavtsev, A., Walter, M., Van Kranendonk, M., Williford, K., Kozdon, R., Valley, J., Gallardo, V., Espinoza, C., & Flannery, D. (2015). Sulfur-cycling fossil bacteria from the 1.8-Ga Duck Creek Formation provide promising evidence of evolution’s null hypothesis Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1419241112