Oko Wielkiego Zegarmistrza

6 marca 2007
Blog szalonych naukowców

darwin_200.gifCzy mizerna, ślepa meksykańska rybka podważa dorobek Karol Darwina?

Jednym z najstarszych punktów spornych w dysputach między ewolucjonistami i kreacjonistami jest kwestia pochodzenia oka kregowców. Czegoś równie głupiego nie mógł wymyślić wszechwiedzący i wszechogarniający Wielki Zegarmistrz (to również wielki problem dla zwolenników tzw. Inteligentnego Projektu). Otóż w oku kręgowców komórki reagujące na światło skierowane są do jego wnętrza, w przeciwieństwie do oka np. głowonogów. W dodatku, na samym środku siatkówki znajduje się sporych rozmiarów plamka ślepa (punkt, w którym nerw wzrokowy opuszcza gałkę oczną). Tak jakby nie można było wyprowadzić go z boku, jak u ośmiornicy. Zaprogramowanie tak dziwnego tworu graniczy z szaleństwem (choć nieznane są przecież wyroki boskie). Łatwo natomiast wyobrazić sobie, iż powstać mógł on w wyniku działania ślepych – nomen omen – sił natury.

Równie kłopotliwe dla kreacjonistów jest powszechne występowanie organów szczątkowych. Przykłady można mnożyć w nieskończoność, ale wspomnijmy tu tylko najbardziej znane. Są to zupełnie nieprzydatne do lotu skrzydła strusia, czy wręcz niewidoczne na zewnątrz ciała u kazuara lub nielota kiwi. Podobnie jest ze skrzydełkami lub zrośniętymi pokrywami skrzydeł (nad dobrze zachowanymi skrzydłami, co całkowicie uniemożliwia lot) chrząszczy żyjących na wyspach: świetnym przykładem jest Apterocyclus honolulensis. Dalej – nasze wyrostki robaczkowe lub kości ogonowe. W końcu, aby pozostać przy oczach, niefunkcjonalne i uwstecznione oczy jaskiniowych płazów i ryb, występujących zresztą w wielu regionach świata np. w Afryce lub w Meksyku. Genezę takich organów najlepiej tłumaczą ewolucyjne zmiany uwsteczniające budowę części ciała, które tracą swą pierwotną funkcję. Co więcej, rozpowszechnienie uwstecznienia np. budowy oka u bardzo różnych zwierząt zamieszkujących jaskinie świadczy dobitnie o uniwersalności tego zjawiska i jego ewolucyjnym charakterze. Jakiż kreator bawiłby się w oślepianie traszek, salamander i poszczególnych gatunków ryb wybierających jaskiniowy tryb życia?

Jednak identyfikacja sił ewolucyjnych uwsteczniających organizację budowy oka zwierząt jaskiniowych sprawia ewolucjonistom od dawna wiele kłopotów. Sam Darwin wątpił w udział naturalnej selekcji w tym procesie. W roku 1859 w „O pochodzeniu gatunków?” pisał: „Ponieważ trudno wyobrazić sobie, by oczy, choć bezużyteczne, mogły w jakikolwiek sposób przynosić szkodę żyjącym w [całkowitej] ciemności zwierzętom, to ich utratę w pełni przypisuję ich nieużywaniu”.

Badania koordynowane przez Richarda Borowsky’ego z New York University opublikowane właśnie w „Current Biology” online wykazały, że Darwin mógł się poważnie mylić.

Naukowcy krzyżowali ze sobą ryby z tego samego gatunku Astyanax mexicanus żyjące na powierzchni, w rzekach (mają one normalnie rozwinięte oczy) z żyjącymi w jaskiniach Pachón (posiadają one uwstecznione, ślepe oczy) w północno-wschodnim Meksyku. Ich potomstwo miało oczywiście pośrednie cechy rodziców, m.in. rozmiary oczu i ich soczewek, jak i liczbę melanocytów odpowiedzialnych za zabarwienie skóry. Właśnie analiza genetyczna tych cech (dokładniej zaś genów, które mutowały w populacji jaskiniowej) dostarczyła argumentów przeciwko wyżej wspomnianemu twierdzeniu Darwina.

Okazało się, że geny związane z morfologią oczu zachowują się zgodnie z modelem ewolucji kierowanej naturalną selekcją – obserwowano wzrost liczby zmutowanych genów „jaskiniowych”. Natomiast geny związane z pigmentacją skóry nosiły cechy ewolucji zależnej od innego mechanizmu, a dokładniej, dryfu genetycznego, czyli przypadkowych i zgodnych ze statystycznym modelem chaotycznych fluktuacji liczby alleli (czyli form genów) obserwowanych w stosunkowo niewielkich populacjach (w tym wypadku izolowanych w jaskiniach).

Badania te nie odpowiadają bezpośrednio na pytanie, jakie czynniki determinują takie lub inne zachowanie się genów odpowiedzialnych za zanik oczu u Astyanax mexicanus. Ale dzięki tym wynikom naukowcy mogą stawiać nowe hipotezy. Jedną z nich sugerować mogą informacje dotyczące regulacji formowania się uwstecznionych oczu w trakcie rozwoju tej ryby.

Badania Billa Jeffery (notabene zapalonego speleologa, u którego swego czasu pobierałem nauki w Marine Biological Laboratory w Woods Hole w USA, i który podkradał mi papierosy, do czego przyznał się bez bicia kilka lat później przy piwie w paryskiej braserii) sprzed kilku lat wykazały, że zarówno rozmiary oczu, jak i szczęk ryb jaskiniowych zależą (ale nie w ten sam sposób) od genów z rodziny PAX regulowanych przez dwa białka z grupy Hedgehog: Sonic hedgehog i Tiggy-winkle Hedgehog. Wzrost rozmiarów szczęk (ułatwiający odżywianie w ubogim środowisku jaskiniowym) sterowany przez białka Hedgehog jest związany z automatycznym zmniejszaniem rozmiarów oczu. A więc większa sprawność w pozyskiwaniu pożywienia mogła być w przypadku ryb jaskiniowych okupiona zmniejszeniem rozmiarów oczu.

Szczegóły fizjologii funkcjonowania oczu zwierząt żyjących w permanentnych ciemnościach sugerują jeszcze inną hipotezę, dobitniej podkreślającą pozytywny efekt uwstecznienia budowy oka. Otóż komórki światłoczułe oczu zużywają bardzo dużo energii. Co więcej, energochłonność ich działania gwałtownie wzrasta w słabym oświetleniu. Jednym słowem ryby żyjące w permanentnej ciemności powinny mieć z zaniku siatkówki oka całkiem wymierne korzyści energetyczne. Dzięki temu mogą bowiem znacznie ograniczyć ilość spożywanego pokarmu. A w ubogim środowisku jaskiniowym są to korzyści szczególnie pożądane. Wbrew wątpliwościom Darwina ślepe ryby w jaskiniach byłyby faworyzowane przez dobór naturalny w stosunku do posiadających sprawne oczy i zużywających na ich funkcjonowanie dużo energii. Wyniki badań Borowsky’ego sugerują więc, że Darwin nie był dostatecznie przenikliwym ewolucjonistą. 😉

To oczywiście żart. Sądzę bowiem, że w panującej dziś atmosferze irracjonalnego negacjonizmu ewolucji tylko żart może wywołać odpowiednią reakcję. Albowiem nie o boską cześć dla Darwina tu chodzi. Mizerna, ślepa meksykańska rybka nie jest w stanie pomniejszyć miary geniuszu tego uczonego. Po prostu mylił się on w swych sądach, tak jak mylą się wszyscy naukowcy, gdy brak im wyników. A skąd Darwin miał wiedzieć w roku 1859 o energetycznym zapotrzebowaniu oka ryby lub regulacji jego rozmiarów w trakcie rozwoju?

Jacek Kubiak