Wszyscy jesteśmy kuzynami
Wszyscy jesteśmy kuzynami. Dlaczego niektórzy przypominają swoich bliskich, a inni nie?
Wykapany dziadek, skóra zdjęta z mamy – nic nie sprawia rodzicom większej radości niż odkrycie w dzieciach podobieństwa do członków rodziny. Dlaczego nam tak na tym zależy? Ile mamy w sobie z naszych przodków? Czy wnuk może być repliką, wierną kopią pradziadka? Czy naprawdę – jak powiada potoczne przekonanie – geny lubią przeskakiwać jedno pokolenie? A co z alkoholizmem wujka – czy ta skłonność może przytrafić się naszemu dziecku? Bo podobno w każdym pokoleniu naszej rodziny trafiał się jeden pijak...
To, jacy jesteśmy – kolor oczu, włosów, budowa ciała, skłonności do określonych zachowań – zostało postanowione w momencie, kiedy plemnik ojca dotarł do jaja matki, tworząc nową komórkę. W tej komórce w postaci oryginalnego, całkowicie niepowtarzalnego (z wyjątkiem bliźniąt jednojajowych) DNA została zapisana instrukcja budowy człowieka. Od tej chwili DNA mogło przystąpić do swoich zadań – budowania ciała oraz tworzenia własnych kopii, które zostaną zapisane w każdej komórce tego ciała.
Rodzice i dzieci
Richard Dawkins, wybitny ewolucjonista, zoolog i etolog, w książce „Samolubny gen” porównuje ciało do gmachu złożonego z pokojów – komórek. W każdym z tych pokojów znajduje się biblioteka, a w niej plany architektoniczne całego budynku. Biblioteką komórki jest jądro, a plany architektoniczne u człowieka kryją się w 46 tomach – chromosomach. Kartka w tym tomie to właśnie gen – odcinek DNA, jednostka dziedziczenia.
Chromosomy mają postać długich nici, wzdłuż których ułożone są geny, choć jeśli spróbowalibyśmy oglądać je pod mikroskopem, niełatwo byłoby odróżnić, gdzie kończy się jeden gen, a zaczyna drugi. To właśnie geny decydują, jak wyglądamy i kim jesteśmy oraz jak bardzo będziemy podobni do naszych przodków.
Wracając do metafory biblioteki, można powiedzieć, że chromosomy – tomy składają się z kartek ułożonych parami (tych par jest 23). Jedna kartka zawiera informacje od matki (1x, 2x, 3x itd.), druga kartka – od ojca (1y, 2y, 3y itd.).
Powiedzmy, że na stronicy 4. każdego tomu zapisany jest kolor oczu. Jeśli instrukcje na kartkach 4x i 4y są takie same, kolor oczu dziecka będzie oczywisty. Jeśli odmienne – wynik zależy od tego, które instrukcje zostaną wykonane, a które pominięte. Gen, którego instrukcje zostają wykonane, nazywany jest genem dominującym. Ten, który zostaje pominięty – recesywnym.
Gen „na brązowe” z natury dominuje nad niebieskim. Dlaczego więc parze mieszanookiej zdarza się dziecko niebieskookie? Ano dlatego, że w jajeczku bądź plemniku brązowookiego rodzica wcale tego dominującego brązowego nie było. (To, że gen jest dominujący, wcale nie znaczy, że zostanie on przekazany do materiału genetycznego; swoją „wyższość” ujawnia on dopiero w konfrontacji z genem recesywnym w trakcie rozwoju zarodka). Był natomiast odziedziczony po przodkach recesywny gen niebieski – i tak dwa recesywne niebieskie połączyły się w niebieskie oczy syna czy córki.
A co z przeskakiwaniem genów o jedno pokolenie? Takie zjawisko rzeczywiście może się zdarzyć i nie ma w nim nic tajemniczego. Nawet para ludzi o brązowych oczach może „skomponować” dziecko o oczach niebieskich – pod warunkiem że oboje rodziców miało recesywne geny na oczy niebieskie i przekazało je potomkowi. Natomiast niemożliwe jest przyjście na świat brązowookiego dziecka z rodziców niebieskookich – jeśli ten gen posiadałoby choćby jedno z rodziców, na pewno ujawniłby się on w jego wyglądzie.
Nie wszystkie cechy kodowane są przez geny recesywne lub dominujące. W większości wypadków, jeśli instrukcje na odpowiadających sobie chromosomach są sprzeczne, rezultat będzie wypadkową obu cech lub czymś zupełnie innym. Jednak utworzenie ciała dziecka i wyposażenie go w skłonności do określonych zachowań jest zawsze wynikiem współdziałania genów ojca i matki.
Dziadkowie i wnuki
Jeśli więc chodzi o dziedziczenie po ojcu i matce, sprawa jest prosta – z obojgiem rodziców (a więc także z każdym z naszych dzieci) jesteśmy spokrewnieni dokładnie w połowie. Jeśli nawet trudno nam doszukać się podobieństwa, połowa naszych genów (pod postacią swoich kopii) bytuje w ich ciałach i mogą zostać przekazane kolejnym potomkom. Ale jeśli chodzi o dziadków, sprawa się już komplikuje. Nie jesteśmy z nimi spokrewnieni dokładnie w jednej czwartej!
Dzieje się tak, ponieważ przy tworzeniu jaja i plemnika geny nie rozdzielają się całymi kompletami. Podczas mejozy dochodzi do procesu zwanego crossing-over. Polega on na tym, że fragmenty każdego chromosomu pochodzącego od dziadka przyszłego dziecka odłączają się i zamieniają miejscami z fragmentami chromosomu babci.
„Jeśli tomy (chromosomy) porównamy do skoroszytów luźnych kartek, to podczas tworzenia plemnika luźne kartki (geny) czy raczej ich wielostronicowe partie są wyjmowane i wymieniane z odpowiednimi partiami pochodzącymi z alternatywnego tomu – pisze Richard Dawkins. – Tom 1. danej komórki mógłby być więc zestawiony z pierwszych 65 stron tomu 1a i ze stron od 66 do końca tomu 1b. W podobny sposób byłyby skomponowane pozostałe 22 tomy tej komórki plemnikowej. Choć więc wszystkie plemniki zmontowały swoje 23 chromosomy z fragmentów pochodzących z tego samego zestawu 46 chromosomów, każda komórka plemnikowa wytworzona przez danego osobnika jest unikatowa. W podobny sposób w jajnikach wytwarzane są jaja i każde z nich jest również niepowtarzalne”.
Crossing-over sprawia, że każdy z chromosomów plemnika (lub jaja) jest mozaiką genów matczynych i ojcowskich. Lecz – powtórzmy – o ile pokrewieństwo dziecka z każdym z rodziców jest proste do ustalenia i z całą pewnością wynosi 50 proc., o tyle z dziadkami może być różnie. Teoretycznie wnuk mógłby odziedziczyć nawet połowę chromosomów po babce, a żadnego po dziadku, choć crossing-over powoduje, że tak ekstremalne sytuacje są praktycznie niemożliwe.
Jedyne, co możemy zrobić, to oszacować, z jakim prawdopodobieństwem konkretny gen może się znaleźć w ciałach krewnych. Jeśli w ciele Jana znajduje się jedna kopia danego genu, prawdopodobieństwo, że ojciec Jana również ją miał, wynosi 1/2 (ponieważ połowę genów mamy od ojca, połowę od matki). Szansa, że będzie ją miało dziecko Jana, również jest 50-procentowa (ponieważ połowa komórek płciowych Jana zawiera ten gen). Szansa, że ów gen jest również w ciele brata Jana wynosi 1/2, ponieważ z bratem jest się spokrewnionym w połowie. Jest to jednak wartość statystyczna – może się zdarzyć, że rodzeństwo ma mniej lub więcej wspólnych genów. Z kolei prawdopodobieństwo, że gen znajdzie się w ciele wnuka Jana (znów to tylko wartość uśredniona i – podkreślmy – prawdopodobieństwo), wynosi 1/4.
Naturalnie żaden dziadek ani babcia, piastując wnuki, nie przeprowadzają takich kalkulacji. W każdym razie nie w sposób świadomy. Biolodzy sugerują jednak, że robią to za nas nasze geny.
Geny a obiad u babci
Skoro geny sterują naszym zachowaniem, można przypuszczać, że maczają palce także w naszym przywiązaniu do dzieci i wnuków, obiadach u cioci i pożyczkach od stryjka. Jaki mają w tym cel?
Świadomie – żadnego. Mówiąc o genach, używamy określeń „starają się”, „dążą do”, „chcą”, ale ta personifikacja wynika jedynie ze sposobu, w jaki używamy języka. „Geny nie mają zdolności przewidywania. Nie snują planów na przyszłość. Geny po prostu trwają, niektóre robią to lepiej niż inne, i to wszystko” – podkreśla Richard Dawkins. Gen, który zdołał utworzyć jak najwięcej swoich kopii i stać się najliczniejszy w puli genowej, trwa i jest przekazywany kolejnym pokoleniom. Gen, który nie zdoła tego zrobić, ginie. Nie wykazują one przy tym żalu ani radości, nie żywią żadnych uczuć.
Mówiąc, że gen „osiągnął sukces”, mamy więc na myśli to, że akurat jakaś szczęśliwa mutacja pozwoliła mu przetrwać w puli genów, jest faworyzowana przez dobór naturalny. Dlatego naukowcy określają nasze ciała „maszynami przetrwania”, zbudowanymi i sterowanymi przez geny. Człowiek żyje tylko chwilę, gen, przekazywany jego potomkom, kopiowany niezliczoną liczbę razy – może trwać wieki. Dlatego „celem” genu jest wyposażenie swojego nosiciela w takie cechy, które pozwolą mu przetrwać i się rozmnożyć.
To, że wspieramy własnych krewnych, z punktu widzenia genu jest działaniem bardzo korzystnym. Przecież prawdopodobieństwo, że członkowie naszej rodziny są nosicielami tych samych genów, jest więcej niż przeciętne. Wynikałoby z tego, że posiadacz brata bliźniaka powinien troszczyć się o niego równie bardzo, jak o samego siebie (mają 100 proc. tych samych genów), a bracia i siostry powinni być nam równie bliscy jak dzieci (w obu przypadkach spokrewnienie wynosi 50 proc.). Tak jednak nie jest – opieka siostrzana jest rzadszym zjawiskiem niż rodzicielska, a własne dobro stawiamy wyżej niż bliźniaka.
Dzieje się tak, gdyż nasze geny nie mają umiejętności rozpoznawania swoich własnych kopii w obcych ciałach. Nasza troskliwość w stosunku do krewnych zależy od prawdopodobieństwa, w jak dużym stopniu jesteśmy z nim spokrewnieni. Na ogół mamy większą pewność co do tego, kto jest naszym dzieckiem, niż co do tego, że siostra to nie „podrzutek w gnieździe”. Jedyną osobą, która z cała pewnością ma 100 proc. twoich genów, jesteś ty sam.
U wielu gatunków matka może być bardziej niż ojciec pewna spokrewnienia ze swoim dzieckiem. Składa jajo lub rodzi, więc wie, że potomek nosi jej geny. Można więc oczekiwać, że będzie wkładać więcej wysiłku w opiekę nad młodymi. Na tej samej zasadzie babcie ze strony matki będą pewniejsze spokrewnienia z wnukami niż babcie ze strony ojca, można się więc po nich spodziewać więcej altruizmu. Badania dowodzą, że tak jest istotnie – matka matki poświęca wnukom przeciętnie najwięcej czasu, następna jest matka syna i ojciec matki, a najmniej ojciec syna.
Na tej samej zasadzie wujowie ze strony matki powinni być zainteresowani dobrem swoich siostrzeńców bardziej niż stryjowie. I rzeczywiście antropolodzy opisują „efekt brata matki” – w społeczeństwach, gdzie niewierność małżeńska jest dopuszczalna, bracia matki opiekują się jej dziećmi z większym poświęceniem niż mężowie owych matek. Wujowie mają więcej podstaw, by przypuszczać, że są spokrewnieni z siostrzeńcem – matka dziecka jest co najmniej ich siostrą przyrodnią.
O tym, jak silnie związki rodzinne podporządkowane są potrzebom genów, świadczy długowieczność ludzkich babć. Długie życie osobników, które nie są już zdolne do rozmnażania, właściwie nie zdarza się w przyrodzie, bo geny przestają się troszczyć o swoją maszynę przetrwania, kiedy ta nie może już przekazywać ich następnym pokoleniom. Ale u człowieka jest inaczej – babcie, pomagając córkom w opiece nad wnukami, wspierają własne geny. Badania tradycyjnych społeczeństw wielopokoleniowych wykazały, że rodziny, w których funkcjonowały babcie, miały więcej dzieci niż rodziny tych babć pozbawione. Analiza wykazała, że każde 10 lat życia kobiety po menopauzie owocuje statystycznie dwójką dodatkowych wnuków. Warunkiem jest jednak, żeby babcia fizycznie się nimi opiekowała – jeśli mieszka dalej niż 20 km, jej długowieczność nie ma znaczenia w tej kwestii.
Znajomi czy krewni
Niedawno naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odkryli, że dobierając sobie przyjaciół, kierujemy się podobieństwem kodu genetycznego. Oszacowali, że zaprzyjaźnione osoby są ze sobą spokrewnione przeciętnie w takim stopniu jak kuzyni, którzy mieli wspólnego prapraprapradziadka. W jaki sposób rozpoznajemy tych dalekich krewniaków, dokładnie nie wiadomo. Być może jednym z takich sygnałów jest zapach, bo pot zawiera ogromne bogactwo genetycznych identyfikatorów.
Czy za doszukiwaniem się w dzieciach podobieństwa do krewnych może kryć się wyrafinowana manipulacja genów? I czy za przyjaźnią stoją geny, które w niezbadany dla nas sposób wykryły swoje kopie w obcych nam z pozoru ludziach? Tak, ale nie powinniśmy się tym przejmować. Miłość jest przecież miłością, przyjaźń przyjaźnią bez względu na to, jaki traf biologiczny sprawił, że jesteśmy zdolni do tych uczuć.
Wszystkich nas łączą dalsze lub bliższe więzy pokrewieństwa, z których nie zdajemy sobie sprawy. „Przez kolejne stulecia płynie rwący strumień genów, które stale wirują i zamieniają się miejscami, ograniczone jedynie korytem rzeki DNA. Konfiguracje genów zmieniają się w czasie, geny łączą się ze sobą i rozdzielają – pisze Richard Dawkins w „Rzece genów”. – Rachunek prawdopodobieństwa każe nam sądzić, że jeśli nawet dwa geny znajdują się w danym momencie w sporej odległości od siebie, nie trzeba zbyt długo wędrować w górę rzeki, żeby stwierdzić, że spotkały się ponownie”. Życie powstało na Ziemi tylko raz, i jeśli poszukać odpowiednio daleko, możemy znaleźć wspólnego przodka z każdym żywym organizmem. Wszyscy jesteśmy krewniakami, połączeni DNA, które tym samym alfabetem nukleotydów zapisuje instrukcję budowy ciała człowieka, szympansa, kota i myszy, psa, zająca i banana.
Cieszmy się więc, że właściwie zawsze znajdujemy się wśród bliższych lub dalszych członków rodziny. Kochajmy nasze dzieci, braci i siostry, rodziców i wnuki. Są do nas podobni? Fantastycznie. Nie bardzo? Nic nie szkodzi.
***
Jak wygląda gen?
Geny są długimi łańcuchami cyfrowo zapisanej informacji. Oglądając pod mikroskopem chromosom, trudno byłoby odróżnić jeden gen od drugiego. Zbiór genów jest długim ciągiem nukleotydów, w żaden widoczny sposób niepodzielonym na odrębne części. Za gen uznajemy część materiału chromosomowego, która może trwać przez wystarczająco wiele pokoleń, by stać się jednostką doboru naturalnego.
***
Jak DNA tworzy ciało?
Cząsteczka DNA składa się z pary łańcuchów nukleotydów (zasad azotowych) splecionych w helisę. Są tylko cztery rodzaje nukleotydów, oznaczone literami A, T, C, G (adenina, tymina, cytozyna i guanina), identyczne dla wszystkich roślin i zwierząt. O różnicach między cząsteczkami DNA decyduje kolejność, w jakiej nukleotydy zostały ułożone.
Zadaniem DNA jest sterowanie budową białek. Zakodowana w DNA informacja, zapisana czteroliterowym alfabetem nukleotydów, zostaje przetłumaczona na alfabet aminokwasów, którym zapisana jest budowa cząsteczek białka.
Białka są podstawowym budulcem komórek, kontrolują też procesy chemiczne komórki. W komórkach różnego rodzaju odczytywane są określone podzbiory genów, inne zaś są ignorowane. Kształt i funkcjonowanie komórek zależą od tego, które geny zostają odczytane, a to z kolei zależy od substancji chemicznych obecnych w komórce, a więc częściowo od genów odczytanych poprzednio. Ostateczny kształt ciała jest więc wspólnym przedsięwzięciem wielu genów.
***
Co geny robią?
Geny nie sterują naszymi zachowaniami bezpośrednio niczym jeździec pociągający za wodze konia. Nie mogą tego robić, bo nie mają zdolności bezpośredniego reagowania na bodźce. Raczej programują te zachowania na podobieństwo programisty komputerowego. Takie oprogramowanie można by określić jako zestaw reguł, np.: „karm pisklę, które znajduje się w twoim gnieździe i wrzeszczy” lub: „jeśli coś czai się w ciemności, uciekaj”. Mówiąc o genie „na coś”, mamy na myśli, że zmiana w tym genie powoduje modyfikację procesów rozwojowych zarodka.