8. Łomnicki, Spotkanie teorii Darwina z genetyka (2009)(2).pdf

Tom 58 2009

Numer 3–4 (284–285)

Strony 315–317

A dAm Ł omnicki

Zakład Badania Ssaków PAN

17-230 Białowieża

E-mail: adam.lomnicki@uj.edu.pl

SPOTKANIE TEORII DARWINA Z GENETYKĄ

Darwinowska teoria ewolucji w swym

współczesnym kształcie jest ściśle związa-

na z genetyką. Dobór jest to proces, który

prowadzi do zmian odziedziczalnych. Samo

stwierdzenie, że pewna cecha daje wyższe

lub niższe szanse przeżycia i wydania potom-

stwa nie jest dowodem na działanie doboru,

jeśli nie jest to cecha dziedziczna. Takie niż-

sze lub wyższe szanse przeżycia i reproduk-

cji, związane z określonymi cechami, można

za E ndlErEm (1986) nazwać doborem feno-

typowym 1 . Dopiero wówczas, gdy cechy te

są dziedziczne można mówić, że mamy do

czynienia z doborem naturalnym. To samo

dotyczy doboru sztucznego: odpowiedź na

dobór zależy od stopnia odziedziczalności

selekcjonowanych cech. Jeśli dziedziczenie

cech podlegających doborowi jest tak waż-

ne, to powstaje pytanie, jak sobie z tym po-

radził Karol Darwin w czasach, gdy mechani-

zmy dziedziczenia były nieznane. Dowiedzieć

się na ten temat można najwięcej czytając

jego książkę „Zmienność zwierząt i roślin w

stanie udomowienia”, a szczególnie ostatni

rozdział 27 ”Tymczasowa teoria pangenezy”.

Przy wszystkich zastrzeżeniach samego au-

tora, dwie tezy wynikają z jego propozycji.

Po pierwsze, że cechy nabyte w ciągu życia

osobniczego mogą się dziedziczyć, po drugie,

że przy rozmnażaniu płciowym cecha po-

tomstwa jest średnią lub bliską średniej cech

obu rodziców. Wydaje się, że współcześni

Darwinowi badacze akceptowali te dwie tezy

i przyjmowali je razem z teorią doboru na-

turalnego, nawet jeśli byli sceptyczni wobec

jego teorii pangenezy. Jedynym krytykiem

teorii doboru był szkocki inżynier i profesor

inżynierii — Fleeming Jenkin, który zwrócił

uwagę, że przy uśrednianiu cech dwóch róż-

nych rodziców dochodzi do takiego spadku

zmienności, który uniemożliwia dobór, ale

nie wydaje się, aby przyrodnicy współcześni

Darwinowi i Jenkinowi wzięli tę krytykę na

serio. Obecnie, gdy nie tylko znamy propono-

wane przez Mendla reguły genetyki, ale także

materialne podstawy tych reguł, zdajemy so-

bie sprawę z interakcji genotypu i środowi-

ska jest dla nas podziwu godna determinacja

Karola Darwina, aby opisać i wykryć ogólne

zasady rządzące dziedziczeniem w sytuacji,

gdy nie dysponował on tymi wiadomościami.

A jeszcze bardziej godny podziwu jest kryty-

cyzm Darwina wobec własnych pomysłów i

rejestracja wszelkich danych empirycznych

sprzecznych z jego hipotezą pangenezy.

Po powtórnym odkryciu wyników badań

Grzegorza Mendla z początkiem XX w. odrzu-

cenie idei dziedziczenia cech nabytych było

dla darwinowskiej teorii doboru fatalne. War-

to tu zacytować za S zArSkim (1999) wypo-

wiedzi dwóch wybitnych genetyków z tych

czasów. Duński botanik, twórca podstaw ge-

netyki ilościowej, Wilhelm Johannsen, tak pi-

sał w 1909 r.: „jest rzeczą zupełnie oczywistą,

że genetyka pozbawiła podstaw darwinow-

ską teorię doboru naturalnego”. Natomiast

1 Nie jest to definicja powszechnie przyjęta. F utuymA (2008) za dobór uważa zróżnicowane dostosowanie wyni-

kające z różnic fenotypowych, czyli to, co tu opisano jako dobór fenotypowy. Niemniej na str. 253 pisze: „Choć

przyjmujemy fenotypowy punkt widzenia zwykle rozważać będziemy dobór naturalny między fenotypami róż-

niącymi się genetycznie.”

316

A dAm Ł omnicki

autor słowa „genetyka”, który jako pierwszy

prowadził badania genetyczne zwierząt, bry-

tyjski uczony William Bateson, tak pisał w

1913 r.: „...przekształcenie populacji przez

drobne zmiany kierowane doborem jest tak

sprzeczne z faktami, że możemy podziwiać

adwokacką zręczność, dzięki której tłuma-

czenie to mogło przez jakiś czas uchodzić za

możliwe do przyjęcia”. Można powiedzieć,

że naukowy establishment, a w każdym razie

genetycy, uznali darwinowską teorię doboru

za niemożliwą do zaakceptowania.

Do powtórnej akceptacji teorii doboru na-

turalnego przyczyniło się zainteresowanie nie

tylko tym, jak kształtuje się częstość różnych

genotypów w potomstwie pary rodziców, ale

także w całej populacji. Doprowadziło to do

określenia drogą modelowania matematycz-

nego jak powinna kształtować się częstość

genów i genotypów w populacji, gdy nie

ma zmian częstości genów wynikających z

doboru i mutacji, a kojarzenie jest losowe.

Dokonali tego niezależnie brytyjski matema-

tyk Godfrey Harold Hardy i niemiecki biolog

Wilhelm Weinberg w 1908 r., definiując to,

co obecnie nazywamy równowagą Hardy’e-

go i Weinberga. W ten sposób stworzona zo-

stała podstawa nowej dyscypliny — genetyki

populacyjnej, a przy okazji pozbyto się za-

rzutu Fleeminga Jenkina o utracie zmienno-

ści w potomstwie dwóch różnych rodziców.

Okazało się, że przy teoretycznym założeniu

braku mutacji i doboru zmienność w czę-

stości genów ani nie wzrasta ani nie spada,

a gdy dodamy do tego losowe kojarzenie się

osobników, to nie zmienia się także rozkład i

zmienność częstości genotypów.

Ostateczną akceptację uzyskała darwinow-

ska teoria doboru już w pierwszej połowie

XX w. dzięki twórcom genetyki populacyjnej.

Byli to dwaj Anglicy: Ronald Fisher i John

Burdon Sanderson Haldane oraz Amerykanin

— Sewell Wright. Pokazali oni na prostych

matematycznych modelach, że przy bardzo

rzadko pojawiających się mutacjach i nawet

niewielkim zróżnicowaniu w przeżywaniu i

reprodukcji różnych genotypów możliwe są

wyraźne zmiany w częstości genów i przy-

stosowanie się populacji do zmieniających

się warunków, tak jak to przewiduje darwi-

nowska teoria doboru. Pokazano też mecha-

nizmy utrzymywania się sprzężeń różnych

loci i efekty zmian losowych w częstości

alleli, czyli efekty dryfu genetycznego. To

przywrócenie do życia darwinowskiej teorii i

jej bardziej precyzyjny opis uzyskano dzięki

postępowi w genetyce i nazwano neodarwi-

nizmem. W Polsce od czasu prób wprowa-

dzenia łysenkizmu w latach 1950-tych słowo

„neodarwinizm” wydaje się mieć znaczenie

pejoratywne. W krajach, gdzie łysenkizmu

nie wprowadzano, takiego znaczenia nie ma,

ale używane jest coraz rzadziej. Wszyscy już

zapomnieli o pozornym zagrożeniu, jakie po-

wstanie genetyki stanowiło początkowo dla

darwinowskiej teorii. Przeciwnie, nauka o

dziedziczeniu jest najważniejszym elementem

współczesnej biologii ewolucyjnej.

W pierwszej połowie XX w. pełne zro-

zumienie darwinowskiej teorii napotykało

na trudności. Chociaż przeważająca więk-

szość biologów uwierzyła genetykom popu-

lacyjnym, że między teorią Darwina a gene-

tyką nie ma sprzeczności, to jednak ta sama

większość genetyki populacyjnej nie znała

i nie rozumiała. Genetykę populacyjną wy-

kładano zwykle na wydziałach rolnych, jako

teorię stosowaną przy doskonaleniu roślin i

zwierząt, a nie na biologii. Stąd wśród wie-

lu nawet poważnych biologów powszechne

było, a często w dalszym ciągu utrzymuje się

przekonanie, że ewolucja dąży do wykształ-

cenia cech, które są dobre dla gatunku, a

niekoniecznie przyczyniające się do rozprze-

strzeniania genów osobnika. To przekonanie

utrzymywało się, mimo że genetyka popula-

cyjna nie przedstawia żadnych modeli dobo-

ru miedzy gatunkami. Z drugiej strony dobór

cech dobrych dla gatunku tłumaczył zjawiska

niejasne, takie jak zachowania altruistyczne

między osobnikami, kooperacja w obrębie

jednego gatunku, istnienie i utrzymywanie

się płciowości. Wszystkie te zjawiska nie były

tłumaczone przez genetykę populacyjną do

lat 1960-tych. Nawet tak wybitny genetyk

populacyjny jak Ronald Fisher uważał, że

płciowości nie można wytłumaczyć doborem

między osobnikami, ale dobrem na poziomie

gatunków: gatunek rozradzający się płciowo

sprawniej ewoluuje w nieprzewidywalnym

środowisku.

Zanim na dużą skalę zaczęto badać zmien-

ność białek, a potem mitochondrialne RNA

i jądrowe DNA w naturalnych populacjach,

biologowie byli w dużej mierze przekonani,

że genetycznie różnią się gatunki, ale osobni-

ki w obrębie gatunku w bardzo małym stop-

niu. Wyrazem tego było stosowane w syste-

matyce pojęcie okazu typowego dla gatunku,

w oparciu o który gatunek opisywano. W

genetyce mówi się o genotypie dzikim, któ-

ry był uważany za normę, z rzadko pojawia-

jącymi się i szybko eliminowanymi w natu-

ralnych populacjach mutacjami. Uznawano

Spotkanie teorii darwina z genetyką

317

bowiem, że pewien zestaw genów daje naj-

wyższe dostosowanie w danym środowisku,

a alternatywne genotypy dają się utrzymywać

jedynie w laboratoriach, gdzie konkurencja

między osobnikami jest pod kontrolą. Przy-

czyny utrzymywania się wysokiej zmienności

genetycznej w populacjach dyskutowane są

w innych artykułach tego zeszytu.

Bardzo niejasne tłumaczenie procesu

ewolucji dobrem gatunku, z których to tłu-

maczeń nie wynikają żadne przewidywania

dające się empirycznie sprawdzać, skłoniły

najwybitniejszego filozofa nauki XX w., Karla

Poppera, do zakwestionowania teorii ewolu-

cji jako teorii empirycznej. Proponował on,

aby teorię ewolucji uznać jedynie za bardzo

pożyteczny metafizyczny program badawczy.

Warto tu jednak dodać, że wraz z postępem

w biologii ewolucyjnej w drugiej połowie

XX w., Karl Popper z tej krytyki wycofał się.

Postęp w biologii ewolucyjnej w drugiej

połowie XX w. poszedł w kilku kierunkach.

Badania empiryczne pozwoliły na ustale-

nie, że populacje naturalne są zwykle gene-

tycznie bardzo zmienne, co umożliwia bar-

dzo efektywne działania doboru. Co więcej,

współczynniki doboru, którym pierwsi twór-

cy genetyki populacyjnej przyznawali niskie

wartości, rzędu 1%, okazały się zwykle o rząd

wielkości większe. Okazało się też, że prze-

bieg doboru w warunkach naturalnych jest

możliwy do obserwacji i analizy. Posługując

się teoretycznymi modelami genetyki popu-

lacyjnej wyjaśniono zachowania altruistyczne

powstałe drogą doboru krewniaczego, a po-

sługując się teorią gier wprowadzono do bio-

logii ewolucyjnej pojęcie tak zwanej strategii

ewolucyjnie stabilnej i podjęto różnorakie

próby przewidywania zjawisk biologicznych

z darwinowskiej teorii doboru naturalnego.

Pożegnano się też ostatecznie z wyjaśnienia-

mi zjawisk biologicznych dobrem gatunku.

Perspektywy biologii ewolucyjnej są co-

raz lepsze i nic nie wydaje się podważać idei

Darwina o doborze naturalnym, jako głów-

nym mechanizmie ewolucji. Rozumiemy też

coraz lepiej znaczenie nacisku mutacyjnego

i czynników losowych (dryfu; patrz artykuł

Ł omnickiEgo dryf genetyczny w tym zeszy-

cie KOSMOSU). Upowszechnienie się metod

sekwencjonowania genomu daje nowe moż-

liwości nie tylko bardzo precyzyjnego opisu

procesu doboru naturalnego, ale także okre-

ślenia jak zmiany ewolucyjne przebiegały

wcześniej. Jest natomiast rzeczą zadziwiającą,

że Karol Darwin potrafił zaproponować teo-

rię doboru naturalnego przed powstaniem

genetyki, a sama istota teorii doboru natural-

nego, tak jak ją przedstawił Darwin, w dal-

szym ciągu obowiązuje, mimo że genetyka

stanowi obecnie podstawę tej teorii.

DARWINIAN THEORY ENCOUNTERS GENETICS

Summary

In this article the relations between heredity

and the evolution by natural selection are discussed.

The Darwin’s attempts to solve the problems of he-

redity were based on pre-Mendelian intuitions, and

the discovery of the Mendelian rules inclined some

outstanding geneticists to reject the Darwinian the-

ory of natural selection. The difficulties of combin-

ing genetics with the theory of natural selection

were overcome by population geneticists, but some

problems, such as the evolution of altruism or the

maintenance of sexuality remained open. They were

investigated at the second half of 20 th Century and

they are now either solved or close to the solution.

Meantime, the developments in the study of heredi-

tary variation in the field and the progress in molec-

ular biology have clarified some unsolved questions

and opened new perspectives for the evolutionary

theory.

LITERATURA

E ndlEr J., 1986. Natural selection in the wild . Princ-

eton University Press, Princeton.

F utuymA D. J., 2008. Ewolucja . Wydawnictwo Uni-

wersytetu Warszawskiego, Warszawa.

S zArSki H., 1999. Tło sowieckiego “twórczego darwi-

nizmu” . Kwartalnik Filozoficzny 27, 65-81.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: