zmiana genetyczna.pdf

Filozoficzne Aspekty Genezy

— 2007/2008, t. 4/5

http://www.nauka-a-religia.uz.zgora.pl/index.php?action=tekst&id=145

Eva Jablonka i Marion J. Lamb

Zmiana genetyczna:

ślepa, ukierunkowana, interpretatywna? *

W roku 1988 amerykański mikrobiolog John Cairns oraz jego

współpracownicy zrzucili na społeczność biologów małą bombę. Od

ponad pięćdziesięciu lat, tj. od zarania syntetycznej teorii ewolucji,

biologowie prawie bez zastrzeżeń akceptowali dogmat, że każda nowa

modyfikacja dziedziczna jest rezultatem przygodnych i losowych

zmian genetycznych. Koncepcję, że nowe zmiany genetyczne – muta-

cje – mogłyby powstawać szczególnie tam i wtedy, gdzie i kiedy były

potrzebne, odrzucono jako heretycką ideę lamarkizmu. Jednakże w

rzeczywistości dowody przeciwko tej idei były skromne. Częstość po-

wstawania nowych mutacji jest bardzo niska, tak więc samo ich wy-

krycie wymagało wielu poszukiwań wśród olbrzymiej liczby zwierząt

i roślin; rozstrzygnięcie tego, czy mutacje powstają losowo, było w za-

sadzie niemożliwe. Tylko w przypadku bakterii istniały techniki,

umożliwiające względnie prostą analizę dużej liczby organizmów, i to

właśnie one dostarczyły głównych przesłanek za losowością mutacji.

Eva J ABLONKA and Marion J. L AMB , „Genetic Variation: Blind, Directed, Interpretative?”,

rozdział 3 w: Eva J ABLONKA and Marion J. L AMB , with illustrations by Anna Z ELIGOWSKI , Evolu-

tion in Four Dimensions: Genetic, Epigenetic, Behavioral, and Symbolic Variation in the

History of Life , Life and Mind: Philosophical Issues in Biology and Psychology , The MIT

Press, Cambridge, Massachusetts, London 2005, s. 79-107, http:mitpress.mit.edu/97802626

00699/. Za zgodą Autorek z języka angielskiego przełożył Piotr W OŁKOWSKI . Recenzent:

Grzegorz N OWAK , Zakład Biochemii UMCS, Lublin.

Eva Jablonka i Marion J. Lamb, Zmiana genetyczna...

Eksperymenty przeprowadzone w latach 40-tych i 50-tych XX wieku

wykazały, że w przypadku bakterii warunki życiowe nie wywierają

wpływu na powstawanie nowych mutacji.

John Cairns i jego współpracownicy podważyli ten wniosek w

1988 roku. Argumentowali, że we wcześniejsze eksperymenty zinter-

pretowano błędnie. Ich własne eksperymenty sugerowały, że pewne

mutacje u bakterii powstają w odpowiedzi na warunki życiowe i po-

trzeby organizmu. Generowanie mutacji nie jest w związku z tym pro-

cesem całkowicie losowym. Nie pierwszy raz przedstawiano dowody

eksperymentalne, wskazujące na nielosowy charakter mutacji, ale do-

piero autorytet naukowy Johna Cairnsa oraz publikacja odkryć jego

zespołu w Nature , wiodącym brytyjskim czasopiśmie naukowym,

oznaczały, że nie można tego dłużej ignorować. Artykuł w Nature

sprowokował liczne komentarze zarówno w prasie naukowej, jak i po-

pularnej. Ideę nielosowych mutacji postrzegano jako wyzwanie dla

mocno ugruntowanej, neodarwinistycznej teorii ewolucji i mimo że

niektórzy uczeni wskazywali mechanizmy, mogące leżeć u pod-

staw wytwarzania mutacji wymuszonych, inni mieli skrajnie

nieprzychylny stosunek do poglądu, że takie mutacje w ogóle

mogą zachodzić. Przedstawiali oni alternatywne interpretacje

rezultatów eksperymentalnych – interpretacje, które nie wyma-

gały przyjęcia, że mutacje tworzą się w odpowiedzi na warunki

środowiskowe. W rezultacie wszystkich tych sporów szybko

zrozumiano, że nie istnieją żadne mocne świadectwa, pozwala-

jące uznać mutacje za zdarzenia losowe. Ale równie oczywisty

był fakt, że w celu uzyskania pewności, iż mutacje powstają, by

sprostać wyzwaniom środowiska, należy przeprowadzić jeszcze

wiele eksperymentów.

Nie zamierzamy dokonywać szczegółowej analizy twierdzeń

przedstawionych w artykule w Nature z 1988 roku, ani kontrargumen-

tów wysuwanych po jego publikacji. Ogólnie rzecz biorąc uważamy,

że obecnie dostępne świadectwa eksperymentalne świadczą o tym, że

Filozoficzne Aspekty Genezy — 2007/2008, t. 4/5

Cairns i jego współpracownicy prawdopodobnie się mylili; nie zaob-

serwowali mutacji, które powstały w bezpośredniej odpowiedzi na –

narzucone przez badaczy – wyzwania środowiska. Niemniej jednak

wyniki stymulowanych ich artykułem prac oraz dalszych badań mole-

kularnych są istotne, ponieważ w rezultacie przestano postrzegać w

tak uproszczony sposób naturę mutacji i procesów mutacyjnych.

Obecnie istnieją mocne świadectwa eksperymentalne, jak również

przesłanki teoretyczne, by uważać, że powstawanie mutacji oraz inne-

go rodzaju zmian genetycznych nie jest procesem całkowicie nieregu-

lowanym.

W tym rozdziale chcemy przyjrzeć się kwestii pochodzenia zmien-

ności, leżącej u podstaw genetycznego wymiaru ewolucji. Zasadniczo

ma ona dwa źródła: jedno to mutacje, wytwarzające nowe zmiany w

genach; drugie to rozmnażanie płciowe, poprzez które istniejące już

zmiany genetyczne są tasowane, co skutkuje powstawaniem nowych

kombinacji. Zamierzamy skupić się na mutacjach, szczególnie muta-

cjach nielosowych, ale w pierwszej kolejności powiemy coś o zmia-

nach generowanych wskutek rozmnażania płciowego oraz o wpływie

doboru naturalnego na kształtowanie się tego procesu.

Zmiany genetyczne zachodzące w wyniku rozmnażania

płciowego

Rozmnażanie płciowe jest najbardziej oczywistym źródłem zmian

genetycznych. U zwierząt, takich jak my sami, daje ono niezmierzoną

różnorodność, tworząc nowe kombinacje genów pochodzących od ro-

dziców. Z własnego doświadczenia wiemy, jak bardzo dzieci w rodzi-

nie mogą się od siebie różnić. Wiemy też, że koty z jednego miotu

mogą być całkowicie odmienne, nawet w tych rzadkich przypadkach,

kiedy mamy pewność, iż ojciec był jeden. Taka różnorodność, będąca

rezultatem reprodukcji płciowej, pod względem adaptacji nie jest po-

łączona z konkretnym środowiskiem, w którym żyją rodzice. Nie wią-

Eva Jablonka i Marion J. Lamb, Zmiana genetyczna...

że się również ze środowiskiem, w którym potomstwo najprawdopo-

dobniej będzie zamieszkiwało w przyszłości. Nasze dzieci, nawet jeśli

mogą uważać inaczej, nie są automatycznie skuteczniejsze i lepiej od

nas przystosowane do tego świata. Zmienność generowana przez pro-

cesy rozrodu płciowego jest ślepa na funkcjonalność oraz na obecne i

przyszłe potrzeby grupy.

Różnorodność, będąca skutkiem rozmnażania płciowego, ma trzy

źródła. Dwa z nich zostały opisane w pierwszym rozdziale. Pierwszym

źródłem jest zmieszanie genów od dwojga nieidentycznych rodziców,

w rezultacie czego potomek różni się od nich obojga. Drugie, dzięki

któremu potomkowie różnią się między sobą, to rezultat specyficzne-

go rozmieszczenia chromosomów w plemnikach i w komórkach jajo-

wych. U większości zwierząt i roślin prawie wszystkie chromosomy

występują w parach, po jednym egzemplarzu każdego chromosomu od

każdego z rodziców. Podczas mejozy – podziału komórki, prowadzą-

cego do powstania gamety – liczba chromosomów zmniejsza się o po-

łowę, tak że każdy plemnik lub każda komórka jajowa otrzymują tyl-

ko pojedynczy egzemplarz każdego chromosomu. To, jaki konkretny

zestaw zostaje przekazany, jest kwestią przypadku. Jeśli jakiś orga-

nizm ma cztery chromosomy, dwa egzemplarze chromosomu A i dwa

chromosomu B, które możemy zapisać jako A m A p B m B p (gdzie m ozna-

cza, że chromosom dziedziczony jest po matce, p zaś oznacza chromo-

som ojcowski), to możliwe są cztery kombinacje w gamecie: A m B m ,

A m B p , A p B m i A p B p . Oczywiście, jeśli par chromosomów jest więcej,

zwiększa się liczba możliwości. W przypadku człowieka, u którego

występują dwadzieścia trzy pary chromosomów, możliwych jest po-

nad 8 milionów różnych kombinacji, tak więc losowe rozmieszczanie

chromosomów podczas wytwarzania plemników i komórek jajowych

generuje dużą różnorodność.

Trzecim źródłem zmian, o którym – jak dotąd – nie wspomniały-

śmy, jest rekombinacja genów w procesie zwanym crossing-over . W

trakcie mejozy elementy każdej pary chromosomów łączą się i nastę-

puje między nimi wymiana fragmentów. Tym sposobem, jeśli se-

kwencją genów chromosomu A m jest l m m m n m o m p m q m r m s m , a chromoso-

Filozoficzne Aspekty Genezy — 2007/2008, t. 4/5

mu A p – l p m p n p o p p p q p r p s p , to po zajściu crossing-over możliwe są chro-

mosomy l m m m n m o p p p q p r p s p i l p m p n p o m p m q m r m s m . Stare układy alleli, które

były złączone i odziedziczone, rozpadają się, a formują się nowe ukła-

dy. Ponieważ crossing-over może zachodzić u różnych komórek za-

rodkowych w różnych miejscach, ten proces rekombinacji tworzy w

gametach niemal nieskończoną liczbę wariantów.

Z tego, co dotąd powiedziałyśmy, można wnosić, że tasowanie

chromosomów i genów podczas reprodukcji płciowej jest procesem

nieskładnym i nieregulowanym. Jednak takie rozumienie jest błędne.

Proces rozmnażana płciowego to system złożony, powstały w wyniku

ewolucji i kształtowany przez dobór naturalny na wiele sposobów. Jest

to proces kosztowny, ponieważ organizmy zmuszone są poświęcić

swój czas i energię na skomplikowane procesy mejozy i produkcji ga-

met, a czasami na produkcję osobników męskich i poszukiwanie part-

nera. Co więcej, mimo wszystkich tych inwestycji potomstwo może

odziedziczyć tak słabe połączenie genów, że młode będą miały mniej-

sze szanse na przetrwanie i reprodukcję, niż ich rodzice. Dlaczego

więc nie pozostawić nietkniętego genomu rodzica i nie rozmnażać się

bezpłciowo? Dlaczego nie wszystkie organizmy podlegają klonowa-

niu, obywając się bez kosztownej produkcji osobników męskich? Ja-

kie korzyści płyną z rozmnażania płciowego?

Na te pytania nie ma zwięzłej i prostej odpowiedzi. Kwestia po-

chodzenia i utrzymywania się rozmnażania płciowego jest jednym z

najbardziej zagadkowych zagadnień biologii ewolucyjnej, które było

przedmiotem niekończących się sporów. Pochodzenie tej formy repro-

dukcji może wiązać się z doborem systemów naprawiających uszko-

dzone DNA i być może nadal jest to jej główna funkcja, niemniej nie

osiągnięto jednolitego stanowiska co do przystosowawczego znacze-

nia płci dla dzisiejszych organizmów. Na szczęście, nie musimy skru-

pulatnie analizować sporu, ponieważ chcemy jedynie podkreślić pro-

stą kwestię: tak dla osobnika, jak i dla populacji istnieją zarówno po-

tencjalne wady, jak i zalety reprodukcji płciowej. Większość ewolu-

cjonistów zgodzi się, że reprodukcja bezpłciowa, zachowująca kombi-

nację genów dobrze przystosowanych rodziców, sprawdza się w sta-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: