Gen gna od DNA do DNA

Od czasu sformułowania teorii Darwina w połowie XIX w. rozbudowywano ją i modyfikowano. Pomimo ataków kreacjonistów i zmiany nazwy – współczesna teoria ewolucji nazywa się ewolucjonizmem syntetycznym i uwzględnia zasadnicze odkrycia z dziedziny genetyki molekularnej oraz genetyki populacji – teoria Darwina w głównych zarysach pozostawała niewzruszona. Tak było do początków naszego stulecia, kiedy to pojawiły się dane dotyczące tzw. horyzontalnego transferu genów. Dopiero to odkrycie, a nie żadne brednie kreacjonistów o potopie i dinozaurach współczesnych ludziom, poważnie zatrzęsło teorią Darwina. Ten fachowy termin oznacza przekazywanie genów pomiędzy różnymi gatunkami. Takiego przepływu cech (a więc i genów) Darwin nie przewidział. Ale, dodajmy od razu, nie chodzi oczywiście o przekazywanie genów pomiędzy krową a wróblem, ale wśród mikrobów. O jednym z pierwszych, dobrze udokumentowanych, przykładów przekazywania genów między różnymi gatunkami donieśli w 2003 r. na łamach czasopisma „Cell” wirolodzy z
kilku amerykańskich laboratoriów, pracujący pod kierunkiem Grahama Hatfulla z Pittsburgha. Wspólnymi siłami analizowali oni genomy bakteriofagów, czyli wirusów atakujących bakterie. Za obiekt badań wybrali specyficzną grupę bakteriofagów atakujących bakterie z rodzaju Mycobacterium, które powodują u ludzi m.in. gruźlicę i trąd (POLITYKA 48/06).

Od tej pory wykazano, że horyzontalny transfer genów zachodzi u wielu innych wirusów, a nawet u bakterii. Nic dziwnego, genomy tych drobnoustrojów mieszają się ze sobą nieustannie (fagi wprowadzają swoje DNA do DNA bakterii, stając się tzw. profagami), a że ich materiał genetyczny jest do siebie bardzo podobny pod względem budowy molekularnej, często dochodzi do, istotnego z punktu widzenia ewolucji, międzygatunkowego przemieszania genów. Uwzględniając niewyobrażalną wprost liczbę fagów na Ziemi (1031) i ich bardzo szybki cykl rozwojowy, tego rodzaju zmiany ewolucyjne mogą zachodzić na ogromną skalę.

Niektórzy badacze – np. Nigel Goldenfeld z University of Illinois w Urbana w USA i Carl Woese z Institute for Genomic Biology z tego samego miasta, którzy pod koniec stycznia opublikowali w „Nature” esej na ten temat – sądzą, że odkrycie to stawia pod znakiem zapytania samo pojęcie gatunku. Można pójść dalej i twierdzić, że skoro nie ma gatunków, to tym samym należałoby anulować treść darwinowskiego „O pochodzeniu gatunków drogą doboru naturalnego”. I obaj biolodzy pośrednio to właśnie postulują. To oczywiście argumenty dobre dla kreacjonistów, którzy chcieliby obalić teorię ewolucji. Ale naukowcy wyciągają z tego odkrycia wnioski zupełnie przeciwne – ich zdaniem ewolucja może okazać się procesem jeszcze bardziej twórczym, niż dotychczas sądzono.

Geny pochodzące od obcych gatunków są często odpowiedzialne za wytwarzanie u bakterii odporności na antybiotyki. Taki sposób adaptacji do nowego, wrogiego im środowiska jest skokowy i radykalny. Pobranie nowego genu od innego, odpornego gatunku od razu daje ogromną przewagę mutantowi. Dzięki darwinowskiej zasadzie doboru naturalnego gen ten może być przekazany większej liczbie potomstwa i szybko utrwala się w populacji. Czysty darwinizm! Choć przebiegający w kierunku horyzontalnym, a nie wertykalnym. Bezpośrednia komunikacja genomów wymusza też nową wizję ewolucji tzw. kolektywnej, w której trudno znaleźć miejsce na pojęcie gatunku. Wszystkie spotykające się i wymieniające własnym DNA mikroorganizmy, niezależnie od pokrewieństwa ich pozostałej, głównej części genomu, stanowić by miały jeden kolektyw. Co więcej, środowisko życia organizmów, wymuszające horyzontalny transfer genów, staje się integralną częścią ich funkcjonowania. Zwolennicy tej wizji sądzą, że w rzeczywistości mamy do czynienia właśnie z
kolektywami genetycznymi, a nie z gatunkami.

Do tej pory postrzegano gatunek (z grubsza) jako zbiór osobników mających blisko spokrewnione ze sobą genomy. Teraz, przynajmniej w odniesieniu do mikroorganizmów, należałoby mówić o pewnym kontinuum genomów różnych gatunków wymieniających się genami. Goldenfeld i Woese sądzą, że w początkowej fazie ewolucji ten mechanizm mógł funkcjonować w znacznie większym zakresie, niż dzieje się to dzisiaj dzięki horyzontalnemu transferowi genów. To zaś podważałoby, ich zdaniem, konwencjonalne łączenie teorii ewolucji z nazwiskiem Darwina. Takie wnioski muszą z kolei doprowadzać kreacjonistów do apopleksji. Odwracają bowiem wizję ewolucji do góry nogami, potwierdzając równocześnie jej zasadniczą rolę w kształtowaniu życia na Ziemi. Dodatkowo wprowadzają do słownika genetycznego tak znienawidzone przez fundamentalistów, trącące lewactwem słowa „kolektyw” i „kolektywizm genów”.

To, co służy drobnoustrojom, nie musi być dobre dla organizmów wyższych. U nich międzygatunkowa wymiana genów nie odbywa się tak łatwo. Niemniej jednak dokładne badania molekularne i statystyczne doprowadzają również do zaskakujących wniosków. Uznawane za jeden gatunek populacje albo zmieniają się na tyle, że wyłania się z nich inny, nowy gatunek, albo też okazuje się, że dotychczasowe kryteria wyodrębnienia danego gatunku nie były dostatecznie ostre. Tak właśnie jest w przypadku pantery mglistej, o czym informują ekipy Andrew Kitchenera ze Szkocji i Stephena O’Briena z USA w brytyjskim dwutygodniku naukowym „Current Biology”.

Azjatycki lampart Neofelis nebulosa to najmniejszy (waży nawet 25 kg) z wielkich kotów, który ma jednak najdłuższe, w stosunku do wymiarów ciała, kły spośród wszystkich kotowatych. Swoją łacińską nazwę gatunkową nebulosa zawdzięcza cętkom przypominającym chmurki. Z tego samego powodu w innych językach nazywany jest podobnie: po angielsku clouded leopard, po francusku panthčre nébuleuse, po hiszpańsku pantera nebulosa. Polska nazwa pantera mglista odbiega nieco od chmurek, ale zachowuje tę samą poetykę.

Brytyjscy biolodzy porównali wybrane cechy morfologiczne pantery z różnych zakątków Azji Południowo-Wschodniej – takie jak wielkość, kształt, wzór ułożenia i liczbę cętek, ich kolor czy kontrast – i opracowali je statystycznie. Amerykanie zaś badali geny mitochondrialne i jądrowe, jak również szczegóły budowy chromosomów. Wyniki obu zespołów okazały się zbieżne. Różnice morfologiczne i molekularne wykazują, że pantera mglista to w rzeczywistości dwa różne gatunki. Półwysep Indochiński (od Himalajów przez Bangladesz, Birmę, południowe Chiny, Wietnam, Kambodżę, Laos, Tajlandię i Malezję) zamieszkuje N. nebulosa, Sumatrę zaś i Borneo N. diardi. Oba gatunki, uważane dotąd za podgatunki, rozróżnić można wprawnym okiem po wielkości cętek – większych i mniej licznych u N. nebulosa. Pod względem genetycznym różnice są o wiele większe, choć zupełnie niewidoczne dla laika. Porównanie genów obu nowych gatunków z genami innych wielkich kotowatych (lwa, tygrysa, jaguara, lamparta i pantery śnieżnej) wykazało, że N.
nebulosa jest bliżej spokrewniona z lwem i jaguarem niż N. diardi, której z kolei bliżej do lamparta, tygrysa i pantery śnieżnej (oczywiście, to porównanie relatywne, bo ewolucyjnie oba gatunki pantery mglistej są sobie najbliższe). Te zaskakujące wyniki naukowcy tłumaczą rozdzieleniem gatunku w plejstocenie, gdy wyspy Indonezji zostały rozdzielone morzem. Owo rozdzielenie powtarzało się zresztą po wielekroć przez zalewanie cieśnin morzem o różnej głębokości, a więc i różnym stopniu trudności w komunikowaniu się osobników na obu brzegach.

Po co dzielić jeden gatunek na dwa? Otóż, póki co, u lampartów, kur, małp i dżdżownic musimy zostać przy tradycyjnym podziale na gatunki. Dzięki poznaniu realnych zależności genetycznych między różnymi populacjami (niezależnie od tego, czy będziemy je nazywać nowymi gatunkami, czy podgatunkami lub rasami) można racjonalnie zaplanować programy ratowania gatunków zagrożonych wymarciem, a do takich należy pantera mglista. Na Tajwanie od dziesięcioleci nie znaleziono żadnego osobnika tego gatunku. Władze chciałyby go przywrócić na wyspie, ale przed 50 laty systematycy określili tajwańskie pantery jako oddzielny podgatunek. Czy dziś na Tajwan lepiej więc sprowadzić N. nebulosa czy N. diardi ? Badania opisane w „Current Biology” przesądzają, że tajwańskim panterom musiało być po drodze z N. nebulosa, a nie z N. diardi. Podobne dylematy w programie ochrony pantery mglistej (i innych gatunków) mogą pojawić się jeszcze nieraz.

Przykładowo, do francuskich Pirenejów sprowadza się niedźwiedzie brunatne ze Słowenii. Czy introdukcja słoweńskich misiów nie zmieni w znaczny sposób składu genów wyjściowej populacji francuskiej? Na pierwszy rzut oka różnica niezbyt ważna, ale z punktu widzenia ekologii może jednak okazać się istotna.

Wróćmy na koniec do Darwina. Nie można wykluczyć, iż nowoczesne badania doprowadzą do obalenia jego teorii ewolucji i zastąpienia jej inną, bardziej adekwatną do stanu dzisiejszej wiedzy. Jednak w przeciwieństwie do kreacjonistów, biolodzy szukają dziur w darwinizmie w sposób sensowny.

Jacek Kubiak