Współcześni Darwinowie

To była jego ostatnia publikacja. Człowiekiem, który przysłał mu owego chrząszcza, był niejaki Walter Drawbridge Crick, młody szewc i przyrodnik amator. Ten szewc ożenił się w końcu i miał syna o imieniu Harry, który z kolei miał syna imieniem Francis.
W 1953 r. Francis Crick wraz z Jamesem Watsonem, młodym Amerykaninem, mieli dokonać odkrycia, które doprowadziło do tryumfalnego potwierdzenia prawie wszystkiego, co Darwin wywnioskował na temat ewolucji.
Źródłem tego potwierdzenia nie były skamieniałości ani okazy żywych stworzeń, ani też drobiazgowa analiza ich narządów. Była nim księga. Watson i Crick stwierdzili, że każdy organizm skrywa w komórkach chemiczny szyfr swojego powstania, tekst zapisany językiem wspólnym dla każdej postaci życia – prostym, czteroliterowym kodem DNA. Wszystkie istoty organiczne, jakie kiedykolwiek żyły na tej ziemi, pochodzą od jakiejś wspólnej formy wyjściowej – napisał Darwin. Prawdę mówiąc, zgadywał. Aby zrozumieć historię ewolucji – zarówno jej przebieg, jak i mechanizm – współcześni Darwinowie nie muszą zgadywać. Zaglądają do genetycznej księgi.
Weźmy np. słynne zięby z Galapagos. Darwin widział, że ich dzioby mają zróżnicowany kształt – jedne były szerokie i głębokie, inne wydłużone, jeszcze inne małe i krótkie. Uczony wysnuł nieco spóźniony wniosek, że pomimo tych różnic wszystkie zięby z Galapagos są bliskimi kuzynkami. Gdy widzi się to stopniowanie i różnorodność w budowie jednej małej i ściśle spokrewnionej grupy ptaków – napisał w Podróży na okręcie »Beagle« – można by rzeczywiście wyobrazić sobie, że przy początkowym ubóstwie ptaków na tym archipelagu jeden gatunek został wybrany i zmieniony dla różnych celów.
To także były natchnione domysły. Ale analizując bliskie podobieństwo ich kodów genetycznych, dzisiejsi badacze potwierdzają, że zięby z Galapagos faktycznie pochodzą od pojedynczego gatunku (ptaka, którego najbliższym żyjącym krewnym jest ziarnojadek szary).
DNA nie tylko potwierdza prawdziwość ewolucji, ale także ukazuje, na najbardziej podstawowym poziomie, w jaki sposób zmienia ona żywe organizmy. Ostatnio Arhat Abzhanov z Uniwersytetu Harvarda oraz Cliff Tabin z Harwardzkiej Szkoły Medycznej rozpoznali konkretne geny odpowiedzialne za niektóre z kształtów tych dziobów. Geny to sekwencje liter DNA, które po uaktywnieniu przez komórkę wytwarzają określone białko. Abzhanov i Tabin stwierdzili, że gdy gen powiązany z białkiem o nazwie BMP4 zostaje uaktywniony („pobudzony”) w rozwijającej się szczęce zarodka ziarnojada, dziób staje się głębszy i szerszy. Ów gen jest najsilniej pobudzony u darwinki wielkodziobej (Geospiza magnirostris), która używa swego mocnego dzioba do rozłupywania dużych nasion i orzechów. U innych zięb pewien gen pobudza białko o nazwie kalmodulina, które sprawia, że dziób jest cienki i długi. Ten gen jest najaktywniejszy u darwinki grubodziobej (G. conirostris), która wydłużonym dziobem szuka ziaren w owocach kaktusów.

Na innym archipelagu, u zachodnich wybrzeży Florydy, myszy żyjące na plażach mają jaśniejszą sierść niż te z lądu stałego. To sprawia, że są mniej widoczne na jasnym piasku – sowy, jastrzębie i czaple zjadają więcej słabo zakamuflowanych gryzoni, dzięki czemu pozostałe mogą się rozmnażać. Hopi Hoekstra, też z Harvardu, odkryła, że ta różnica koloru wynika ze zmiany pojedynczej litery w jednym genie, co zmniejsza produkcję pigmentu w sierści. Mutacja nastąpiła po powstaniu tych piaszczystych wysp, niespełna 6 000 lat temu.
Największym osiągnięciem Darwina była myśl, że za rozmaitość cech widocznych u spokrewnionych gatunków odpowiada w znacznym stopniu dobór naturalny. Dziś w dziobach zięb i sierści myszy faktycznie widzimy działanie tego doboru formującego i modyfikującego DNA genów oraz ich pobudzanie, aby przystosować organizm do określonych warunków.
Darwin, który zakładał, że ewolucja posuwa się w niesłychanie powolnym tempie, zauważalnym jedynie w skamieniałościach, byłby równie uszczęśliwiony innym odkryciem. U tych samych zięb z Galapagos współcześni Darwinowie obserwują ewolucję w czasie rzeczywistym. W 1973 r. Peter i Rosemary Grantowie (obecnie Uniwersytet Princeton) rozpoczęli coroczne obserwacje populacji zięb na Daphne Major, wysepce w archipelagu Galapagos. Wkrótce odkryli, że zięby ewoluowały niemal z roku na rok, w miarę jak warunki na wyspie przechodziły z wilgotnych w suche i z powrotem. Początkowo żyły tam tylko dwa regularnie rozmnażające się gatunki darwinek, z których jedną była darwinka czarna (G. fortis), żywiąca się małymi nasionami. Gdy w 1977 r. wyspę dotknęła susza i drobnych nasion zaczęło brakować, darwinki czarne musiały zacząć się żywić nasionami większymi i twardszymi. Te z okazalszymi dziobami radziły sobie lepiej i przeżyły, przekazując tę cechę potomstwu.
Kolejna zmiana zaszła, kiedy w 1982 r. pojawił się konkurent – darwinka wielkodzioba(G. magnirostris), która też zjada duże, twarde nasiona. Przez wiele lat oba gatunki koegzystowały i w 2002 r. stały się niezwykle liczne. Ale wtedy nastąpiła susza i do 2005 r. pozostało przy życiu tylko 13 wielkodziobych i 83 czarne darwinki. Co ciekawe, zamiast przystosowania się do suszy poprzez zjadanie większych nasion, tak jak 28 lat wcześniej, u ocalałych darwinek czarnych nastąpiło wyraźne zmniejszenie dziobów, gdyż rywalizując z większymi kuzynkami, starały się znaleźć sobie niszę i żywiły się bardzo małymi nasionami. Darwinka z mniejszym dziobem nie jest nowym gatunkiem, ale Peter Grant uważa, że wystarczy kilka takich epizodów, a powstanie nowa darwinka, która nie będzie się chciała krzyżować z przedstawicielami gatunku swoich rodziców.
Zmiany widoczne w przypadku zięb z Galapagos to przykład radiacji adaptacyjnej, w ramach której każdy gatunek ewoluuje od wspólnego przodka, by wykorzystać określony rodzaj pożywienia. Kolejny przykład tego procesu zaobserwowano w jeziorach i rzekach Wielkich Rowów Afrykańskich. Żyje tam ok. 2 000 gatunków pielęgnic – ryb, które wyewoluowały od nielicznych przodków, czasem w mgnieniu oka, jeśli brać pod uwagę czas geologiczny.

Na przykład Jezioro Wiktorii – największy z tych zbiorników – było całkowicie suche jeszcze 15 tys. lat temu. Wszystkie 500 gatunków miejscowych pielęgnic powstało od tamtej pory na drodze ewolucji z garstki gatunków niewiadomego pochodzenia. Podobnie jak zięby, pielęgnice przystosowały się do pożywienia pochodzącego z różnych środowisk, takich jak skaliste lub piaszczyste połacie dna jeziora. Jedne gatunki jedzą glony i mają gęste zęby nadające się do zeskrobywania i odrywania materiału roślinnego, natomiast inne, żywiące się ślimakami, dysponują grubymi, potężnymi szczękami, którymi mogą miażdżyć ich muszle. A jaki gen decyduje o pogrubieniu tych szczęk? To gen odpowiadający za białko BMP4 – ten sam, który sprawia, że darwinka wielkodzioba z Galapagos ma głęboki i szeroki dziób. Czy może być lepszy dowód na słuszność wiary Darwina we wspólnotę wszystkich gatunków niż znalezienie tego samego genu, wykonującego to samo zadanie u ptaków i ryb żyjących na różnych kontynentach?
W dziele O powstawaniu gatunków Darwin taktownie nie wspomniał o tym, jak jego teoria rozszerza tę wspólność, obejmując nią rodzaj ludzki. Po 10 latach stawił czoło tej kwestii w pracy O pochodzeniu człowieka. Byłby uszczęśliwiony, wiedząc, że pewien gen, zwany FOXP2, ma kluczowe znaczenie zarówno dla normalnego rozwoju mowy u ludzi, jak i śpiewu u ptaków. W 2001 r. Simon Fisher wraz z kolegami z Uniwersytetu Oksfordzkiego odkrył, że mutacja tego genu powoduje zaburzenia językowe u ludzi. Później wykazał, że u myszy ów gen jest niezbędny do nauki sekwencji szybkich ruchów; bez niego w mózgu nie powstają połączenia, które zapisują tę umiejętność.
U istot ludzkich FOXP2 jest zapewne konieczny do nauki wyrafinowanych drgań warg i języka, za pomocą których wyrażamy nasze myśli.
Później Constance Scharff z Wolnego Uniwersytetu w Berlinie odkryła, że ten sam gen jest bardziej aktywny w pewnej części mózgu młodych zeberek akurat wtedy, kiedy te ptaszki uczą się śpiewać. Wykazując szatańską pomysłowość, członkowie jej zespołu infekowali mózgi zeberek specjalnym wirusem, niosącym zwierciadlaną kopię części genu FOXP2, co tłumiło naturalne pobudzenie genu. Rezultat był taki, że ptaszki nie tylko śpiewały w sposób bardziej zróżnicowany niż zazwyczaj, ale także niedokładnie naśladowały piosenki dorosłych osobników. Podobnie u dzieci ze zmutowanymi genami FOXP2 mowa jest zróżnicowana i niedokładnie naśladuje mowę dorosłych.
Dzisiejsi darwinowie wiedzą doskonale, w jaki sposób presja zewnętrzna, taka jak rywalizacja i zmiany środowiska, może tworzyć nowe gatunki. Jednak Karol Darwin zaproponował jeszcze inny napęd ewolucji: dobór płciowy. W Jeziorze Wiktorii pielęgnice mają wzrok dostosowany do światła w swoim otoczeniu. Ole Seehausen z Uniwersytetu Berneńskiego stwierdził, że samce wykształciły jaskrawe kolory, by przykuć uwagę samic: zazwyczaj są czerwone w pobliżu dna jeziora, a niebieskie na mniejszych głębokościach. Wygląda na to, że niebieskie i czerwone populacje różnicują się genetycznie – co sugeruje, że reprezentują dwa odrębne gatunki w stadium powstawania.

Jeżeli dobór naturalny jest przetrwaniem najlepiej przystosowanych (to określenie ukute przez filozofa Herberta Spencera, a nie przez Darwina), to dobór płciowy należy nazwać rozmnażaniem najseksowniejszych. Ma on ten rozkoszny skutek, że prowadzi do powstawania broni, ozdób, pieśni i barw, zwłaszcza u samców. Darwin uważał, że niektóre z tych ozdób, choćby rogi jeleni, służą samcom do walki między sobą o samice, natomiast inne, np. ogony pawi, pomagają samcom „oczarowywać” samice i skłaniać je do godów. Prawdę mówiąc, była to myśl zrodzona z rozpaczy, gdyż bezużyteczne piękno niepokoiło go jako ewidentny wyjątek od bezlitośnie praktycznego działania doboru naturalnego. W kwietniu 1860 r. Darwin napisał do amerykańskiego botanika Asy Graya: Widok pióra w pawim ogonie, ilekroć je zobaczę, przyprawia mnie o mdłości!
Jego poglądy na temat doboru płciowego zostały uprzejmie zignorowane przez wiktoriańską opinię publiczną, która była lekko zgorszona myślą, że samice mogą aktywnie wybierać partnerów, zamiast skromnie poddawać się awansom samców. Nawet biolodzy odrzucili tę ideę na jakieś sto lat, gdyż zaczęli obsesyjnie dowodzić, że powstające cechy mają służyć gatunkowi, a nie jednostkom. Jednak dziś wiemy, że Darwin miał całkowitą rację. U wszystkich gatunków, od ryb i ptaków po owady i płazy, samice zbliżają się do najatrakcyjniejszych samców i zapraszają je do kopulacji.
Darwin nie snuł zbyt wielu przypuszczeń, dlaczego samice wybierają bogato zdobionych samców, lecz ta kwestia nadal fascynuje biologów, gdyż mają dla niej dwa równie dobre wyjaśnienia. Jednym jest po prostu moda. Kiedy samice wybierają olśniewających samców, inne samice muszą iść za ich przykładem albo ryzykować, że będą miały synów, którzy nie przykują uwagi samic. Drugie wytłumaczenie jest bardziej subtelne. Hodowanie ogona jest dla pawia wyczerpujące i niebezpieczne. Na piękne pióra mogą sobie pozwolić tylko najzdrowsze samce: pasożyty, niedożywienie i niestaranne czyszczenie sprawią, że ogon będzie nijaki. Zatem lśniące pióra stanowią coś, co biolodzy ewolucyjni nazywają „niezawodnym wskaźnikiem sprawności”. Słabsze samce pawi nie mogą go sfałszować. A samice, instynktownie wybierając najlepszych partnerów, nieświadomie przekazują ich geny swojemu potomstwu.
W przypływie fantazji Darwin stwierdził, że dobór płciowy może tłumaczyć różnice rasowe u ludzi: Wiemy, że każda rasa ma własny ideał piękna (…). Wybór bardziej pociągających kobiet przez mężczyzn potężniejszych, którzy potem będą mogli wychować przeciętnie większą liczbę dzieci, po upływie wielu pokoleń mógłby do pewnego stopnia spowodować wykształcenie się cech plemienia. Werdykt w tej sprawie jeszcze nie zapadł, ale istnieją przesłanki, że Darwin przynajmniej częściowo mógł mieć rację.
Weźmy niebieskie oczy. Darwin, jak wielu Europejczyków, miał takie. Na początku 2008 r. Hans Eiberg i jego koledzy z Uniwersytetu Kopenhaskiego ogłosili, że znaleźli mutację genetyczną wspólną dla wszystkich ludzi o czysto niebieskich oczach. Jest nią zmiana jednej litery, z A na G, w długim ramieniu chromosomu 15, co osłabia pobudzenie genu o symbolu OCA2, zaangażowanego w wytwarzanie pigmentu, który przyciemnia oczy. Porównując DNA Duńczyków i mieszkańców Turcji oraz Jordanii, Eiberg obliczył, że ta mutacja nastąpiła zaledwie 6 000–10 000 lat temu, długo po wynalezieniu rolnictwa, u konkretnego osobnika żyjącego gdzieś w okolicach Morza Czarnego. Zatem Darwin mógł mieć swoje niebieskie oczy dlatego, że w DNA dziecka neolitycznego rolnika została błędnie zapisana jedna litera.
Dlaczego ta zmiana genetyczna rozprzestrzeniła się z takim powodzeniem? Nie ma dowodów na to, że niebieskie oczy ułatwiają ludziom przetrwanie. Być może ta cecha była powiązana z jaśniejszą skórą, która przepuszcza więcej słońca potrzebnego do syntezy witaminy D. To byłoby szczególnie ważne, kiedy ludzie w północnych, mniej słonecznych klimatach zaczęli w większym stopniu żywić się zbożem, które jest ubogie w tę witaminę. Z drugiej strony niebieskookie osoby mogły mieć więcej potomstwa głównie dlatego, że przypadkiem, w tym rejonie geograficznym były bardziej atrakcyjne dla płci przeciwnej. Tak czy owak, wytłumaczenie prowadzi prosto do obu teorii Darwina – doboru naturalnego i płciowego.
Co ciekawe, zamiana liter, która sprawia, że oczy są niebieskie, nie odbywa się w samym genie pigmentu, tylko w pobliskim fragmencie zapisu DNA kontrolującym pobudzenie tego genu. Stanowi to potwierdzenie idei mówiącej, że ewolucja działa nie tyle poprzez zmianę genów, co przez modyfikację sposobu, w jaki są one włączane i wyłączane.

Pojęcie genetycznych przełączników wyjaśnia upokarzającą niespodziankę, że istoty ludzkie wydają się nie posiadać żadnych specjalnych ludzkich genów. W ciągu minionej dekady, kiedy naukowcy porównywali genom człowieka z genomami innych stworzeń, okazywało się, że dziedziczymy nie tylko zbliżoną do myszy liczbę genów – niespełna 21 000 – ale w większości przypadków są to te same geny. Tak jak nie potrzeba różnych słów do napisania różnych książek, nie trzeba też nowych genów do powstania nowego gatunku. Wystarczy zmienić porządek i wzór ich wykorzystania.
Być może większa liczba naukowców powinna to sobie uświadomić znacznie wcześniej. W końcu ciała nie są montowane jak maszyny w fabrykach, tylko rosną i rozwijają się, więc w ewolucji zawsze musiało chodzić raczej o zmianę procesu wzrostu niż określenie końcowego produktu tego wzrostu. Innymi słowy, żyrafa nie potrzebuje specjalnych genów, by mieć długą szyję. Jej geny regulujące wzrost szyi są takie same jak u myszy, tylko mogą być włączone przez dłuższy czas, dzięki czemu żyrafa ma w końcu dłuższą szyję.
W 2004 r. w kanadyjskiej arktyce Neil Shubin z Uniwersytetu Chicagowskiego wraz z kolegami odnalazł liczącą 375 mln lat skamieniałość – stworzenie wypełniające lukę między rybami a zwierzętami lądowymi. Nazwali je Tiktaalik, co w języku miejscowych Inuitów znaczy „duża, słodkowodna ryba”. Choć Tiktaalik najwyraźniej był rybą, z łuskami i płetwami, posiadał też płaską, płazią głowę z wyraźnie zaznaczoną szyją, wewnątrz płetw zaś kości, odpowiadające ramiennym i przedramiennym, a nawet nadgarstkom zwierząt lądowych – jeśli kiedykolwiek istniało brakujące ogniwo, to był nim właśnie on. Niewykluczone, że stworzenie to mogło nawet żyć na płyciznach albo pełzać w błocie, uciekając przed drapieżnikami.
Geny skamieniałości zaginęły w mgle czasu, ale naukowcy zainspirowani tym odkryciem zbadali jej żyjący substytut – prymitywną rybę kostną zwaną wiosłonosem amerykańskim – i stwierdzili, że wzór pobudzenia genu tworzącego kości w jego płetwach jest bardzo zbliżony do tego, w wyniku którego powstają kończyny w zarodku ptaka lub ssaka. Różnica polega tylko na tym, że u ryby ten gen jest włączony krócej. To odkrycie obaliło długo wyznawany pogląd, że nabycie kończyn wymagało jakiegoś przełomowego wydarzenia ewolucyjnego.
Choć współczesna genetyka potwierdza słuszność tez Darwina na wszelkie sposoby, zwraca też uwagę na jego największą pomyłkę – poglądy na mechanizm dziedziczenia. Darwin uważał, że organizm łączy w sobie cechy rodziców, a później nabrał przekonania, że przekazuje on też cechy nabyte w ciągu swojego życia. Nigdy nie pojął, tak jak Grzegorz Mendel, skromny mnich z Moraw, że organizm wcale nie jest mieszaniną dwojga własnych rodziców, tylko rezultatem połączenia całego mnóstwa indywidualnych cech, przekazanych mu przez ojca i matkę od ich rodziców, a wcześniej przez ich dziadków. Praca Mendla na temat cząsteczkowego charakteru dziedziczenia została opublikowana w mało znanym lokalnym czasopiśmie w 1866 r., zaledwie siedem lat po dziele O powstawaniu gatunków. Mnich, pełen nadziei, wysłał ją do kilku czołowych naukowców swoich czasów, ale na ogół został zignorowany. Umarł na wiele lat przed uznaniem doniosłości swojego odkrycia. Jednak jego spuścizna, podobnie jak Darwina, nigdy nie była bardziej żywa niż dziś.