Strategie ewolucyjne u zwierząt i ludzi

Gra na wiele koszyków
Studiując mechanizmy ewolucji wykrywane u żab i bocianów, możemy wyjaśnić niektóre zachowania polityków i ich wyborców.
Lecąc do ciepłych krajów, bociany wybierają różne - wcale nie najkrótsze - drogi i nigdy wszystkie nie rozpoczynają wędrówki w tym samym czasie.
Manfred Heyde/Wikipedia

Lecąc do ciepłych krajów, bociany wybierają różne - wcale nie najkrótsze - drogi i nigdy wszystkie nie rozpoczynają wędrówki w tym samym czasie.

Mirosław Gryń/Polityka

Prawa ewolucji, odkryte przez Karola Darwina ponad 150 lat temu i potwierdzone potem badaniami genetycznymi, sprawdzają się również na ludziach. Podlegamy temu samemu prawu doboru naturalnego, a mutacje w naszych genach odpowiedzialne są za zmiany genetyczne pozwalające na pojawianie się nowych cech. Możliwe też, że kierujemy się strategiami ewolucyjnymi, które są dopiero odkrywane.

Jedną z kluczowych strategii ewolucyjnych, zwaną bet-hedging, zidentyfikowano w latach 70. XX w. Nie zauważył jej Darwin, choć stosowana jest przez wiele gatunków – od bakterii do ssaków. Nazwa bet-hedging jest nieprzetłumaczalna na polski. Jej sens dobrze oddaje porzekadło, że nie należy wkładać wszystkich jajek do jednego koszyka. Jon Seger z University of Utah w Salt Lake City, jeden z odkrywców bet-hedgingu, podsumował ją słowami: Always play safe – zawsze warto grać bezpiecznie.

Strategia bocianów

Weźmy za przykład sezonowe migracje bocianów do Afryki. Wydawać by się mogło, że najbardziej ekonomiczny dla ptaków powinien być przelot najkrótszą drogą nad Morzem Śródziemnym. Jednak taka trasa jest dla nich zbyt ryzykowna. Lecące z Europy do ciepłych krajów bociany nadkładają więc tysiące kilometrów i wybierają okrężne drogi przez Gibraltar lub Bosfor. Przed i za owymi cieśninami też podążają bardzo zróżnicowanymi trasami. Wybierając różne trasy i rozpoczynając swoją wędrówkę w nieco innym czasie, stosują właśnie strategię bet-hedging – unikają jednego koszyka. Jeśli bowiem leciałyby wszystkie razem tą samą drogą, to w razie nagłego załamania pogody ucierpiałoby bardzo wiele z nich, jeśli nie całe stado. Populacja, a może i cały gatunek, też mógłby na tym ucierpieć.

Co prawda łączenie się szlaków wędrówek bocianów nad wąskimi cieśninami niesie ze sobą podwyższone ryzyko, jednak niebezpieczeństwa z tym związane wydają się o wiele mniejsze od przeprawy wprost przez Morze Śródziemne. Ptaki kalkulują więc poziom ryzyka i nawet gdy wydaje się, że z pozoru rezygnują z zasady always play safe, w rzeczywistości właśnie ją stosują.

Poza zwierzętami również rośliny, grzyby i bakterie stosują bet-hedging dla przetrwania jak największej części populacji. Na przykład rozłożone w czasie kiełkowanie nasion wielu roślin zapewnia większe prawdopodobieństwo trafienia siewki na dogodne warunki rozwoju, niż gdyby przy pierwszym wiosennym promieniu słońca kiełkowały wszystkie razem. Rośliny i zwierzęta nie stosują oczywiście strategii ewolucyjnych w sposób przemyślany. Naukowcy próbują się dowiedzieć, jakie mechanizmy molekularne decydują o takim zachowaniu i jak strategia ta jest regulowana u poszczególnych osobników i całych populacji.

Przypadek bakterii

Wiele badań sugeruje, że podstawą strategii bet-hedging jest zróżnicowanie w obrębie populacji. Otóż nawet genetyczny klon bakterii, wywodzący się z jednej komórki, bardzo szybko się różnicuje. Powodem są niedokładności w ekspresji genów. W pewnych komórkach niektóre geny włączają się na krótko w niekontrolowany sposób i produkują minimalne ilości zupełnie niepotrzebnych białek, których obecność nie odgrywa żadnej roli w życiu bakterii w stabilnych warunkach środowiska. Ale jeśli nastąpi gwałtowna zmiana, np. wyschnięcie zbiornika, to największe szanse przetrwania mogą mieć te komórki, które przypadkowo w tym właśnie czasie produkowały białko pozwalające przetrwać suszę. Włączenie tego samego genu, gdy zbiornik już wysycha (czyli adaptacja), może okazać się spóźnione i nieskuteczne. Przeżycie nawet jednej bakterii, przypadkowo zawierającej zbawienne białko, może uratować cały gatunek. Tu działa właśnie bet-hedging.

Bakteria ratująca się z kataklizmu nie jest nosicielką wyjątkowej mutacji czy szczególnego przystosowania sprzyjającego przeżyciu, ale dzięki przypadkowi najlepiej radzi sobie w zmiennych warunkach środowiska. Bet-hedging wpisuje się więc świetnie w darwinowskie prawo przeżywania najlepiej przystosowanych. Komórka owa stanie się wtedy założycielką nowej populacji. Jeśli przez kolejny przypadek będzie posiadała jakąś cechę genetyczną do tej pory zupełnie obojętną dla przeżycia, powiedzmy zdolność produkowania czerwonego barwnika, to całe jej potomstwo też będzie go produkować, a nowa populacja w mgnieniu oka z bezbarwnej przemieni się w czerwoną.

W dalszym życiu tych bakterii czerwony barwnik może okazać się przydatny bądź nie. W ten sposób znów na drodze czystego przypadku nowa populacja będzie lepiej lub gorzej przystosowana do nowych warunków. Ten przykład pokazuje, jak przypadkowe przekazanie zupełnie nieistotnej, wydawałoby się, cechy może determinować dalsze losy gatunków. To dodatkowa przyczyna ewolucyjnej potęgi strategii bet-hedging.

Sposoby żaby

Ciekawe informacje o molekularnych podstawach tej strategii uzyskaliśmy, badając w naszym laboratorium genetyczne podłoże jakości żeńskich komórek jajowych – oocytów – u południowoafrykańskich żab z gatunku Xenopus laevis. Dojrzewanie oocytów wywołuje hormon o nazwie progesteron. W fizjologicznych stężeniach powoduje on dojrzewanie wszystkich oocytów u większości samic. Natomiast niska dawka hormonu wywoła ten efekt tylko u niektórych samic. U większości z nich oocyty nie dojrzeją wcale albo dojrzeją tylko niektóre. Wyłącznie w tych warunkach ujawni się więc zróżnicowanie jakości oocytów.

Poszukując czynników genetycznych odpowiedzialnych za jakość rozmnażania, natrafiliśmy na gen kodujący białko EP45, które pojawiało się w dużych ilościach w oocytach przed ich dojrzewaniem. Co więcej, zauważyliśmy, że ilość tego białka bywa zmienna w oocytach różnych samic. Dla przetestowania jego roli wprowadziliśmy do oocytów dodatkowe kopie kodującego go genu. Zabieg ten zwiększył ilość EP45 w komórkach jajowych. Nie zmieniało to ich jakości, kiedy dodawaliśmy zwykłe dawki hormonu. Natomiast przy niskich dawkach oocyty mające więcej tego białka znacznie lepiej się rozwijały. W ten sposób wykazaliśmy, że EP45 podnosi jakość oocytów i stymuluje rozmnażanie żab, jednak widać to tylko przy działaniu niskiej dawki progesteronu.

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną