Tomoko OHTA: "Ewolucja - nowe horyzonty"

TSF Jazz Radio

Ewolucja - nowe horyzonty

Tomoko OHTA

Honorowa profesor Państwowego Instytutu Genetyki w Mishimie (Japonia).

.Najnowsze odkrycia, które przyniosły lepsze zrozumienie mechanizmów molekularnych, zrewolucjonizowały wiele dziedzin biologii, w tym biologię komórki i biologię rozwoju. Nic zatem dziwnego, że postępy te pozwalają spojrzeć na nowo na wiele aspektów ewolucjonizmu; dostarczają też dowodów wspierających opracowaną przeze mnie w 1973 roku „prawie neutralistyczną teorię ewolucji molekularnej”.

W nauce często bywa tak, że nowe odkrycia przynoszą więcej pytań niż odpowiedzi. I rzeczywiście, moja dziedzina badań przechodzi obecnie okres zmian najintensywniejszych w 150-letniej historii ewolucjonizmu.

Przez mniej więcej stulecie po wydaniu O powstawaniu gatunków Karola Darwina naukowcy byli przekonani, że mutacje genetyczne przebiegają z grubsza tak, jak to opisał twórca teorii ewolucji. Osobniki wyposażone w lepsze warianty genowe mają większą szansę przeżycia, wydania na świat potomstwa i przekazania swych genów następnym pokoleniom niż osobniki pozbawione wariantów genowych.

W efekcie mutacje szkodliwe szybko zanikają w populacji. Natomiast te korzystne rozprzestrzeniają się, aż w końcu ich nosicielem są wszystkie osobniki gatunku. Zmiany ewolucyjne, w tym także zmiany morfologiczne, uważano za efekt akumulacji i dystrybucji korzystnych mutacji, a skład genetyczny populacji był, jak uważano, bliski homogeniczności, zaś różnice między osobnikami wynikały z nielicznych losowych mutacji.

Pogląd ten został podważony, gdy odkryto budowę i rolę DNA. Naukowcy nauczyli się analizować genetyczny skład osobników, a wtedy wyszło na jaw, że zmienność wewnątrzpopulacyjna jest znacznie większa, niż wynikałoby z obowiązujących hipotez ewolucyjnych. Okazało się też, że osobniki mogą mieć podobne cechy, ale zupełnie różne sekwencje genów. Wyglądało na to, że jest to sprzeczne z zasadami ewolucji przebiegającej drogą doboru naturalnego.

.Jedną z pierwszych prób pogodzenia teorii z dowodami podjął mój nieżyjący już kolega Motoo Kimura, postulując istnienie „mutacji neutralnych”, czyli takich wariantów genowych, które nie są dla osobnika ani korzystne, ani szkodliwe, a zatem nie podlegają doborowi naturalnemu. Kimura badał tempo ewolucyjnych zmian białek i w 1968 r. zaproponował „neutralistyczną teorię ewolucji molekularnej”. Jego hipoteza – zakładająca, że zmiany ewolucyjne na szczeblu molekularnym są powodowane nie doborem naturalnym, lecz losowym „dryfem genetycznym” – dobrze wyjaśniała zaobserwowane przez naukowców fluktuacje genetyczne.

Teoria Kimury była prosta i finezyjna, ale podział mutacji na odrębne kategorie – korzystne, neutralne czy szkodliwe – wydawał mi się nadmiernym uproszczeniem. Z moich badań wynikało, że wiele mutacji lokuje się gdzieś na granicy między tymi kategoriami, wiele jest takich, które mają minimalnie korzystny czy niekorzystny wpływ i one właśnie mogą odgrywać bardzo ważną rolę w napędzaniu zmian ewolucyjnych. Na tej podstawie stworzyłam „niemal neutralistyczną teorię ewolucji molekularnej”.

Eksplozja informacji o genomach i genetyce populacji, którą przyniósł wiek XXI, dostarczyła mojej hipotezie sprzed 42 lat nowych dowodów wspierających; ujawniła też nowe rozległe obszary badań. I tak na przykład dzięki odkryciu procesów dynamicznego fałdowania (zwijania) białek rozszerzyła się znacznie nasza wiedza o strukturze i funkcji tych związków. Procesy te są odpowiedzialne za elastyczność, zmienność funkcji białek, a to może się wiązać z zagadnieniem „mutacji niemal neutralnych”.

.Do najbardziej istotnych problemów biologii ewolucyjnej należą próby zbadania i opisania na poziomie molekularnym mechanizmów ekspresji genów, stanowiących podłoże ewolucji morfologicznej. Dziedzina ta przechodzi okres intensywnych odkryć, prowadzących do lepszej znajomości wielu skomplikowanych systemów wewnątrzkomórkowych. Te działające na poziomie molekularnym systemy stanowią trzon epigenetyki, czyli badań powstawania cech, które są dziedziczone przez komórki potomne, ale nie są związane z różnicami w sekwencjach DNA.

Epigenetyka jest kluczem do zrozumienia związku między składem genetycznym, czyli genotypem, a cechami osobniczymi, które obserwujemy. U organizmów wyższych – na przykład u człowieka – procesy epigenetyczne są sterowane przez chromatynę, skomplikowane makrocząsteczki wewnątrzkomórkowe składające się z DNA, białka i RNA. Sposób działania chromatyny jest z kolei kształtowany zarówno przez czynniki genetyczne, jak i środowiskowe, a to sprawia, że zrozumienie mechanizmów jej funkcjonowania nie jest łatwe. Warto jednak podejmować trud badania tych szybko ewoluujących, bardzo zmiennych makrocząsteczek, bowiem to one mogą być przyczyną niektórych chorób człowieka.

Innym czynnikiem, który wpływa na związek między genotypem a obserwowalnymi cechami osobniczymi, może być sposób modyfikacji niektórych białek. I tak na przykład enzymy białkowe mogą być „włączane” i „wyłączane”, co zmienia ich aktywność i sposób działania. Te procesy, tak jak inne postacie ekspresji genów, są przypuszczalnie kierowane zarówno przez czynniki dziedziczne, jak i środowiskowe.

.Wydaje się, że żadnego z tych mechanizmów nie da się badać w izolacji od pozostałych; na poziomie najbardziej podstawowym takie czynniki jak selekcja, dryf genetyczny i epigenetyka działają wspólnie i nie sposób ich rozdzielić. Im głębiej zanurzamy się w to, co kiedyś uważaliśmy za proste procesy ewolucyjne, tym cudowniejszą ich złożoność ujawniamy.

Tomoko Ohta

logo sindicateTekst pochodzi z portalu Project Syndicate Polska, www.project-syndicate.pl publikującego opinie i analizy, których autorami są najbardziej wpływowi międzynarodowi intelektualiści, ekonomiści, mężowie stanu, naukowcy i liderzy biznesu.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam