niedziela, 6 września 2015

Ewolucja niezależna czyli razem, ale osobno

Dzisiaj nawiążę do niedawno opublikowanego artykułu o rewersjach w historii życia na Ziemi (i zapewne życia w ogóle). Mowa będzie o niezależnej ewolucji cech i organizmów bliskich sobie anatomicznie i funkcjonalnie. Pomysł na ten wpis wpadł mi do głowy podczas czytania jednego z komentarzy przy potencjalnych odkryciach biomedycznych, które byłyby rewolucyjne. Napisałem w niej o hipotetycznych zwierzętach czy roślinach z innych planet, gdzie zwrócono mi uwagę, że nie byłyby one dosłownie zwierzętami czy roślinami. Nie w najściślejszym znaczeniu. Dlaczego?

(http://bio-ditrl.sunsite.ualberta.ca/)

Weźmy za przykład ,,zwierzęta’’. Co to są zwierzęta? Potocznie będzie to pewnie wszystko co się rusza i jest dostrzegalne gołym okiem, ewentualnie pod niewielkim powiększeniem. Można przyjąć bardziej ścisłą definicję: heterotrofy, wielokomórkowe, mające zdolność ruchu. Do obu powyższych wrzucilibyśmy coś dostrzegalne przez nieuzbrojony wzrok, co potrafi biegać, latać czy pływać i żywi się czymś innym, niż produktami samodzielnej syntezy (chemosyntezy, fotosyntezy). Możemy jednak przyjąć jeszcze bardziej sztywną ramę i za zwierzęta uznać tylko te organizmy, które wyewoluowały z konkretnej linii filogenetycznej. Co wówczas? Gdzie zaklasyfikujemy ,,zwierzęta’’ z innej planety, gdyby je odkryto? Gdzie w taksonomii miałyby swoje miejsce autotrofy?

Zastanówmy się nad podobną sytuacją, ale mogącą mieć swoją przeszłość na naszej planecie. Wiemy dzisiaj, że wielokomórkowce powstały kilka razy suwerennie. Roślinne i zwierzęce – niezależnie. A co jeżeli okazałoby się, że któreś z grup klasyfikowanych do zwierząt, ewoluowały osobno z wielokomórkowców powstałych oddzielnie od tych, będących przodkami zwierząt? Moglibyśmy nazywać je w ten sposób? To są właśnie problemy współczesnej systematyki. Ma ona odzwierciedlać pokrewieństwa genetyczne (ewolucyjne), ale czasem jest to trudne do pogodzenia z potrzebą jej funkcjonalności. I tak też gdyby odkryto jakieś wielokomórkowe heterotrofy zdolne do ruchu, na innej planecie, to choć ściśle nie były by zwierzętami, tak zapewne by je nazywano. A może powstałaby nowa nazwa dla ,,zwierząt 2.0’’? Pomyślcie też jak nazwalibyście organizmy wielokomórkowe, zdolne do ruchu, a będące heterotrofami? Bądź też poruszające się grzyby? Są tu jacyś fani (swego rodzaju) growych i filmowych Mykonidów i Entów? 

(LOTR)

Zwierzęta lub rośliny w rozumieniu ścisłym mogłyby bytować na innej planecie. Gdyby jakimś cudem prymitywny wielokomórkowiec, będący wyjściowym dla zwierząt, dostałby się w przestrzeń kosmiczną, przetrwał podróż i lądowanie na innej planecie, a tam ewoluował, prawdopodobnie moglibyśmy go za ,,nasze’’ zwierzę uznać. Pobudźcie na chwilę swoją wyobraźnię i wyobraźcie sobie na przykład następujący scenariusz. My, jako ludzkość osiągamy tak zaawansowaną technologię, która pozwala na osiedlenie się na innej planecie. Przywlekamy ze sobą różne inne organizmy. Mikroorganizmy, zwierzęta, rośliny, grzyby. Z jakiegoś powodu ludzie na ów planecie wymierają. Na Ziemi wtórnie powstaje jakiś inteligentny gatunek (bądź też mamy do czynienia z przyszłym człowiekiem <już nie człowiekiem>) i ten odkrywa na nowo wspomnianą planetę, gdzie przywiezione wcześniej organizmy wyewoluowały swoimi ścieżkami. Ciekawe, prawda? Moglibyśmy mówić tutaj ściśle o zwierzętach czy roślinach.

Przejdźmy teraz do bliskiego powyższym przemyśleniom zjawiska konwergencji i powstawania cech analogicznych. Pierwsze pojęcie odnosi się do wykształcania podobnych własności o bliskim sobie przeznaczeniu funkcjonalnym u odlegle spokrewnionych organizmów, cech, które powstały całkowicie lub częściowo niezależnie. Nazywamy je cechami analogicznymi. Przeciwieństwem są cechy homologiczne, czyli takie, które powstały z tego samego narządu/struktury u stosunkowo blisko spokrewnionych grup, ale mające inną budową i inne funkcje. Cechami homologicznymi są np. płetwa delfina i skrzydło nietoperza – oba te gatunki są blisko spokrewnione, jako ssaki, ale ręka (kończyna przednia) jednego i drugiego znacznie się różni – w przypadku walenia została przekształcona w płetwę na potrzebę przystosowywania się do środowiska wodnego, a u nietoperza w skrzydło, adaptując do lotu.

(źródło: http://pixshark.com/)

Przykładem konwergencji jest wykształcenie oka u głowonogów i kręgowców. U obu grup narząd ten spełnia tą samą funkcję i z uwagi na wodne środowisko, posiada podobną budowę, ale powstaje w różny sposób – u ośmiornic jest wytworem powłoki ciała, a u kręgowców – uchyłkiem mózgu. Mamy więc typowy (klasyczny w podręcznikach) przykład konwergencji i cechy analogicznej zarazem. Jako kolejne wymienić można skrzydła. Różne grupy kręgowców wykształciły zdolność do aktywnego lotu, podobnie jak owady choć zaszło to całkowicie niezależnie – skrzydła owadów i np. ptaków nie są pamiątką po (bardzo odległym) wspólnym przodku lecz powstały osobno. Opływowy kształt ciała u zwierząt wodnych, a odlegle spokrewnionych także jest przejawem konwergencji.

(Ogura, Atsushi, Kazuho Ikeo, and Takashi Gojobori. "Comparative analysis of gene expression for convergent evolution of camera eye between octopus and human.")

Specyficzną odmianą ewolucji niezależnej jest paralelizm. Polega na wykształceniu podobnych cech równolegle u różnych grup i często ma miejsce, w przeciwieństwie do tradycyjnej konwergencji, u bliżej spokrewnionych organizmów, a porównywane cechy niekoniecznie powstają z różnych narządów. Ciekawym przykładem paralelizmu jest ewolucja delfinów rzecznych w Amazonce i wielkich azjatyckich rzekach, która choć zachodziła niezależnie, to, zauważcie, wszystkie wykształciły cienką, podłużną szczękę i specyficzny w porównaniu do delfinów morskich kształt ciała, ze względu na potrzebę manewrowania między podwodnymi korzeniami drzew. Nie odchodząc daleko, przytoczyć można ogół waleni i syren (brzegowców), które niezależnie od siebie przystosowywały się do warunków morskich, wykształcając z rąk – płetwy. Zjawisko paralelizmu przypisać można ponadto wyewoluowaniu skrzydeł u ptaków, nietoperzy i wymarłych pterozaurów (pamiętając, że skrzydła owadów z uwagi na niezależność także narządów, jest typową konwergencją).

(http://www.worldwildlife.org/, WWF)

Po co w ogóle szufladkowanie w teorii ewolucji biologicznej? Ktoś mógłby zapytać: ,,no ale co z tego, ewoluowały, to ewoluowały, na co nam wiedzieć czy niezależnie czy zależnie, czy wtórnie czy nie, po co to, po co utrudniać sobie życie?’’. Przydaje się to na przykład w ustalaniu pokrewieństw i tworzeniu drzew filogenetycznych, kladogramów itd. Ustala się je poprzez wspólne wykorzystanie kilku źródeł danych: badań molekularnych (sekwencji DNA, retranspozonów), skamieniałości, datowania skamieniałości, anatomii (biochemii, histologii, embriologii itd.) porównawczej, a także dedukcji zgodnie z tym co wcześniej, gdzie wykorzystuje się właśnie występowanie rewersji czy paralelizmu. Pozwala więc, mimo że po części sztucznie, to funkcjonalnie usystematyzować wiedzę, ujednolicić definiowanie zjawisk.

5 komentarzy:

  1. Nawet o tym nie pomyślałem, że "zwierzęta" odkryte na innych planetach nie byłyby tak naprawdę zwierzętami.
    Bardzo ciekawy artykuł, lubię takie zagadnienia. Pozdrawiam!

    OdpowiedzUsuń
  2. Zaganienia paralelizmu i konwergencji "liznęłam" przy nauce do matury. Miło przypomnieć sobie, jak intrygująca i nieprzewidywalna potrafi być natura :) I jak najprostsze, sprawdzone rozwiązania, okazują się najlepszymi!

    OdpowiedzUsuń
  3. Takimi "obcymi" są na Ziemi śluzowce... drapieżne (w pewnym sensie) jednokomórkowce, które do rozmnażania łączą się w quasi grzybiczne kolonie. Przez dziesięciolecia systematyka w ich przypadku zawodziła.
    Natomiast w przypadku xenoorganizmów są już opracowane możliwe modele życiowe, ewolucyjne i ekologiczne i w odniesieniu do nich będzie można ewentualne odkrycia klasyfikować - choć jak znam życie, pewnie i tak trzeba będzie modele "przemodelować".

    OdpowiedzUsuń
  4. nigdy nie patrzyłam w ten sposób:)

    OdpowiedzUsuń
  5. "... ludzie na OWEJ planecie ..." matko boska :)

    OdpowiedzUsuń