Kanadski naučnici su predstavili studiju koja nas može dovesti korak bliže rešenju zagonetke migracije prvih životinja na kopno
Tekst: Nikola Zdravković
Grupa biologa koju predvodi Emili Stenden sa Univerziteta u Otavi, uradila je eksperiment koji može produbiti naše razumevanje nastajanja mutacija i procesa koji su doveli do evolucije života na kopnu.
Oni su odgajili posebnu vrstu ribe na – suvom, i primetili da se jedinke nakon nekoliko meseci prilagođavaju kopnenom okruženju, odnosno menjaju svoju muskulaturu kako bi se efikasnije kretale i snalazile u novim okolnostima.
Da bismo razumeli kako ovo otkriće utiče na naša saznanja o prvobitnim migracijama na kopno, potrebno je na trenutak obratiti pažnju na koncept mutacije u evolutivnoj biologiji.
Prilika
Za početak, jedna, doduše pojednostavljena, ali korisna definicija evolucije: do evolucije dolazi kada su u igri tri elementa. Prvo, potrebna je slučajna pojava mutacija na genima koja dovodi do fenotipskih (fizioloških) razlika između jedinki. Drugo, te razlike moraju imati uticaja na šanse za opstanak. Treće, mutacije moraju biti prenosive sa generacije na generaciju.
Evolucija dobija svoju šansu kada su ova tri uslova ispunjena. Neki biolozi bi rekli da evolucija i nije ništa drugo do njihova posledica. Međutim, nas u ovom slučaju zanima šta znači „slučajna pojava mutacija“, i kakve veze s tim ima prilagođavanje određenih riba na suvo okruženje.
Za mutacije se kaže da su „slučajne“ jer na njih ne utiču adaptivni procesi. Mutacije izazivaju najrazličitije stvari – od promena i grešaka u kodiranju embriona, preko slučajnih hemijskih promena na molekularnom nivou do i najmanjih uticaja radioaktivnih sila. Ono što je ključno jeste da do mutacija gotovo nikada ne dolazi zato što su one potrebne.
Ako je grupi ptica potreban širi raspon krila da bi kao grupa preživele sledećih nekoliko generacija, evolucija neće „izazvati“ mutaciju koja dovodi do većeg raspona krila. Umesto toga, rađaće se mladunci sa različitim rasponima krila usled slučajnih mutacija. Oni koji budu imali veći raspon biće uspešniji u nalaženju hrane i preživljavanju. Oni će u proseku češće živeti do odraslog doba i pariti se, a pošto su te mutacije prenosive, njihovi mladunci će ih naslediti, i dalje mutirati, tako da će, usled pozitivnog uticaja na opstanak, raspon krila kod te grupe ptica rasti tokom generacija dok ne dostigne optimum.
Ovo naravno ne znači da neki ptić po začeću baca kocku da vidi da li će dobiti veća krila ili treću nogu – u pitanju su najčešće male promene po generaciji, sa retkim „skokovima“. Treba imati u vidu da je za sadašnji diverzitet života na Zemlji bilo potrebno da prođu milijarde generacija sve različitijeg živog sveta.
Eksperiment
Šta je onda ponudio eksperiment Emili Stenden? Ona je odgajila posebnu sortu ribe koja, opet zbog evolutivnih prednosti, poseduje relativno primitivna pluća: senegalsku mnogoperku. Zbog toga što poseduje pluća, ona može disati na suvom, i koristiti peraja i druge mišiće za (vrlo trapavo) kretanje po kopnu.
Jedna grupa mnogoperki odvojena po rođenju provela je nekoliko meseci živeći na kopnu, u strogo kontrolisanim uslovima. Druga grupa odrasla je „uobičajeno“ u vodi. Eksperiment je pokazao da se mnogoperke iz prve grupe bolje snalaze na kopnu: efikasnije koriste peraja za kretanje, ali i delimično okreću glavu u ispitivanju okoline, što je bitna karakteristika kopnenih životinja. Usled drugačijih uslova života, njihova fiziologija se promenila, adaptirajući se na kopneni život.
Deluje kao da su se ove ribe, suprotno očekivanjima, adaptirale pre bilo kakve mutacije, ali i da ove mutacije ne mogu da se nazovu „slučajnim“. Do njih je direktno doveo pritisak okoline i načina života. Međutim, ovakve promene nisu još mutacije u evolutivnom smislu. Mutacije su promene u genima, i one moraju biti prenosive da bi imale evolutivnog značaja, inače bi potomci ovih mnogoperki morali opet da prolaze kroz iste fiziološke pritiske i prilagođavanja.
Pretpostavka je, naravno, da ove promene dovode do promena i u genima, mada ostaje pitanje kakvih i na koji način. Ono što takođe treba imati u vidu jeste da mutacije koje pomažu jedinki u preživljavanju ne moraju biti evolutivno korisne. Ako neka, inače korisna, mutacija onemogućava razmnožavanje izazivanjem steriliteta, ili otežavajući opstanak mladih, njena evolutivna vrednost za grupu je nula, iako od jedinke možda čini šampiona snalažljivosti i preživljavanja.
Pretpostavka
Ipak, gorenavedena tvrdnja o slučajnosti mutacija sada možda deluje delimično šuplje. Ovaj i slični eksperimenti je ne opovrgavaju, štaviše, od nje zahtevaju jednu malu dopunu. Mutacije ne moraju biti potpuno slučajne i odvojene od pritisaka okoline i životnih okolnosti; one, kao što to senegalske mnogoperke pokazuju, mogu biti makar delom izazvane potrebama organizma. Ali dok se ne spustimo na nivo gena i ne proširimo na nivo generacija, nećemo znati evolutivni produkt ovakvih promena. Adaptacija i dalje caruje, a proces mutacije je još kompleksniji nego što se nekad mislilo.
Ispitivanje rezultata ovog eksperimenta je, dakle, mukotrpan posao. Dosadašnja saznanja moderne biologije nam govore da često i najmanje fiziološke promene utiču na genetsku strukturu jedinki, a da sličan efekat imaju i drastične promene staništa. Ako promene koje su doživele kopnene mnogoperke u eksperimentu nemaju katastrofalne posledice po njihovu sposobnost preživljavanja i razmnožavanja, onda je moguće da su procesi kao što je ovaj imali velikog udela u prvobitnoj migraciji životinja na kopno.
Pretpostavka Emili Stenden je da su oni ubrzali i olakšali taj ključni momenat u evoluciji životinjskog sveta. Odgovoriti na pitanje kako su to uradili, i u kojoj meri, u biologiji najčešće znači okretanje proverenim alatima: modelima, statistici i matematičkim proračunima. Oni, kada su jako uspešni, jedini mogu ponuditi makar približnu sliku i objašnjenje jednog tako davno prošlog i neponovljivog čina, duboko ukorenjenog u geološke, hemijske i meteorološke prilike na Zemlji od pre mnogo stotina miliona godina.