Evolucija danas: selekcija i širenje informacija kroz populaciju

Sadržaj:

Mnogo zbunjenosti po pitanju evolucije nastaje zbog pojma slučajnosti: kako sve vrste živih bića u svetu koji nas okružuje mogu nastati slučajno? Odgovor je da ne mogu: slučajne mutacije, same po sebi, nikada ne bi mogle da proizvedu novu vrstu životinje, biljke ili čak bakterije.

Međutim, mehanizam evolucije se sastoji od dva osnovna dela. Varijacija i nove genetske mutacije su samo prvi korak, iza koga sledi drugi koji nije slučajan: selekcija. Pre nego što pogledamo kako ovaj proces deluje u prirodi, radi lakšeg razumevanja, pogledajmo prvo paralelan proces koga ljudi koriste za proizvodnju novih sojeva domaćih biljaka i životinja, proces veštačke selekcije.

Primer: veštačka selekcija pasa. Prve pripitomljene životinje u istoriji su bili vukovi. Njihovi pripitomljeni potomci su u čoporima pratili rane ljudske grupe, i tragove ovog prijateljstva izmedu dve vrste možemo videti u mnogim arheološkim nalazištima. Ali ljudi nisu puštali vukove da se množe bez kontrole, vec su birali one koji su im se najviše sviđali: one koji su bili najlepši, ili najsnažniji, ili najpitomiji. Od ovih vukova su nastali naši današnji domaći psi.

Kada danas pogledamo pse, mi danas vidimo ogromnu raznovrsnost. Na donjoj slici možemo videti čivavu kako stoji pored nemačke doge: po veličini tela, obliku, krznu – ove dve rase su ne samo drastično drugačije jedna od druge, već su takođe i drastično drugačije od vukova. Razliku po veličini, dužini i obliku krzna, obliku njuške i tela možemo videti i na slici bernandinaca sa desne strane. A među psima možemo naći i specifičnije adaptacije: portugalski vodeni psi, na primer, imaju kožicu među prstima radi plivanja, i jednoslojni kaput koji ne gubi dlake i odbija vodu. Kako su sve ove karakteristike nastale?

Očigledno je da ljudi nisu prosto čekali da neka vučica rodi štene čivave – tako nešto se nikada ne bi dogodilo. Takođe, čak i ako bi se nekim čudom desilo, imali bi smo samo jedno štene “čivavavuka” među gomilom vučje štenadi, i nikako ne bi smo mogli da uspostavimo novu rasu. Ali ljudi jesu proizveli čivave: umesto čekanja na čudo, koristili su moć procesa selekcije.

Svaki put kada vučica okoti grupu štenadi, njeno potomstvo će nositi gomilu novih mutacija. Kao što smo videli u prethodnom poglavlju, većina tih mutacija će biti neutralna, neke će biti negativne (proizvodeći bolešljivu ili nesposobnu štenad), dok će preostale proizvoditi varijacije. Ove varijacije su ključna stvar: neka štenad će izrasti u malo veće vukove, neka u malo manje. Neka će imati malkice duže krzno, neka malčice kraće. Neka će imati malo sivlje, neka malo žuće.

Neće samo izgled biti varijabilan. Neka štenad će biti agresivnija, neka manje agresivna. Neka će biti inteligentnija, neka gluplja. Svaka od ovih karakteristika može postati predmet selekcije.

Čovek koji želi da uzgoji novu rasu može na ovu grupu štenadi da primeni selektivni pritisak. Recimo, uzmimo da čovek želi da uzgoji rasu sa manjom veličinom tela. On će iz sve štenadi izabrati one koji su najmanji i najkraći, pa će njima dopustiti da se međusobno pare; one koji su visoki i veliki će ukloniti iz reprodukcije.

Iz štenadi koju dobije ukrštanjem najmanjih primeraka, čovek opet izbaci one koji su najviši i najveći, ostavljajući najmanje i najniže da se međusobno pare.

Kroz samo nekoliko generacija, na ovaj način će dobiti vukove koji su u proseku znatno manji od početne grupe. A ako ovako nastavi iz generacije u generaciju, i ako tako nastavi čovekov sin, i njegov unuk, i njegov praunuk, na kraju će dobiti zaista malu životinju od samo kilogram ili dva.

Neželjena selekcija

Veštački selektivni pritisci dovode do promene vrsta čak i u situacijama kada mi to ne želimo. Recimo, industrijski ribolov u okeanima se već decenijama vrši tako što veliki brodovi vuku ogromne mreže koz vodu. Ribe koje su veće od rupa u mreži bivaju uhvaćene, dok manje ribe uspevaju da se izvuku. Rezultat je snažan pritisak za manju veličinu tela, koji je doveo do smanjenja prosečne veličine mnogih riba. Neke vrste riba koje su ranije dostizale i po par metara dužine danas bivaju dugačke samo nekoliko desetina centimetara. Kolaps populacija i veličine riba u toku zadnje četiri decenije je doveo do propasti mnogih ribolovačkih naselja i luka širom sveta.

No, pravilno razumevanje principa evolucije i selekcije može pomoći da se ovakve stvari preduprede. Lovci na jastoge u Američkoj državi Merilend su, recimo, uspostavili dobrovoljna ograničenja po kojima uvek oslobađaju određen broj velikih uhvaćenih jastoga, i namerno uklanjaju određen broj malih (iako ovo znači manju zaradu u kratkom roku). Kroz ovakvo namerno balansiranje selektivnih pritisaka, ovi mudri ribolovci su uspeli da očuvaju svoja lovišta.

Ovo bi evolucioni biolozi nazvali selektivni pritisak za manju veličinu tela: eliminacijom najvećih pripadnika populacije, prosečna veličina se polako “gura” u pravcu sve manje i manje vrednosti.

Naravno, neki drugi čovek može istovremeno uzeti grupu identičnih vukova i na njih primeniti obrnuti pritisak, birajući upravo one najveće i najviše, a izbacujući one najmanje. U ovom slučaju, imamo selektivni pritisak za veću veličinu tela, kojim možemo proizvesti gigantske potomke (kao što je nemačka doga sa gornje slike).

Pored ovakvih postepenih promena, u nekim rasama pasa možemo videti i određene nagle genetske promene. Neki psi, jazavičari na primer, pored male veličine imaju i potpuno drugačije proporcije, sa veoma kratkim nogama u odnosu na dugo telo. Kako je ovo moguće?

U ovim slučajevima, umešao se pomenuti proces nastanka novih genetskih informacija. Konkretno, u slučaju kratkonogih pasa, došlo je do duplikacije gena zvanog FGF4 na novo mesto u genomu. Nova kopija ovog gena je evoluirala novu funkciju u kontroli razvoja kostiju, dovodeći do tipičnog izduženog oblika koga vidimo kod današnjih kratkonogih pasa.

Iz gornjeg primera možemo videti ulogu koju selektivni pritisak ima na razvoj novih osobina vrste. No, da bi smo razumeli objašnjenje procesa kojima se selekcija događa u prirodi, vredi pogledati još jedan primer. Vratimo se na jedan koga smo već pomenuli u prethodnom poglavlju, ali iz malkice drugačije perspektive.

Primer: najlonaza iz perspektive selekcije. Kao što smo videli u prethodnom poglavlju, najlonaze su nastale procesom duplikacije gena. No, možemo ovde postaviti jedno zanimljivo pitanje: ako su slučajne mutacije proizvele najlonazu u otpadnim vodama fabrike najlona u toku samo par desetina godina, zašto one nisu proizvele najlonazu kod drugih bakterija koje rastu i žive već stotinama miliona godina? Odgovor na ovo pitanje je jednostavan: nije bilo selektivnog pritiska.

Uzmimo jednu prosečnu populaciju bakterija (nekoliko triliona pojedinačnih ćelija). Svaka ćelija ove populacije će svakom svom potomku preneti nekoliko novih mutacija, što znači desetine triliona mutacija po generaciji. Svakih nekoliko godina će nastati bar po koja ćelija sa genima koji omogućuju makar veoma slabo i neefikasno razaranje najlona.

Zamislimo sada da se ova populacija bakterija nalazi u čistoj vodi, bez najlona. Ova pojedinačna bakterija nema nikakve koristi od ovog novog gena, pošto u vodi nema nikakvog najlona. Štaviše, ovo je za nju teret: taj novi gen je parče DNK koje mora neprestano da održava i kopira. Potomstvo ove bakterije će možda naslediti ovaj novi gen, ali će se u njemu veoma brzo, u roku od par generacija, desiti dalje mutacije – koje će polako ali sigurno uništiti njegovu novu funkciju razaranja najlona. Na kraju, posle još nekoliko generacija, taj deo DNK će prosto degenerisati i nestati.

Sa druge strane, ako se ova populacija bakterija nalazi u vodi zagađenoj najlonom, priča je potpuno drugačija. Čim jedna jedina ćelija razvije sposobnost razaranja najlona, ona odjednom ima strahovitu prednost: izvor hrane koji nije dostupan nijednoj drugoj bakteriji. Ta prva neefikasna i slaba najlonaza omogućava ovoj bakteriji da koliko-toliko koristi bogat izvor hrane.

Ovo stvara veoma snažan selektivni pritisak. Ova početna bakterija će se sada razmnožavati maksimalnom brzinom, koristeći bogatu hranu koju niko drugi ne može da joj ukrade. Njeni potomci će opet imati mutacije, ali selektivni pritisak vrši svoje: oni potomci koji naslede najlonazu će se takođe brzo deliti i širiti, dok će oni kojima najlonaza mutira i prestane da funkcioniše biti izgladnjeni i potisnuti. Otud, veoma brzo (za samo trideset-četrdeset generacija) u vodi ćemo imati na trilione potomaka one prve ćelije kod koje je nastala najlonaza.

Ovo ima i dodatne posledice. Ako u populaciji postoji samo jedna jedinka koja nosi slabu, neefikasnu najlonazu, šansa da se baš toj jedinki desi mutacija koja će proizvesti jaču i bolju najlonazu je veoma mala (baš toj jedinki bi morala da se desi baš prava promena na baš pravom mestu). No, ako imamo milijarde ili trilione bakterija sa ovom slabom, neefikasnom najlonazom, u svakih par generacija, nekoliko njih će doživeti dalje mutacije koje omogućavaju bolju i efikasniju funkciju najlonaze. A kada se ova bolja funkcija razvije, njeni nosioci imaju selektivnu prednost, i ona se samim time širi kroz populaciju

Na ovaj način, selektivni pritisak ne samo što vodi do širenja nove osobine kroz populaciju, od njega takođe zavisi njen dalji razvoj.

Pogledajmo sada bliže šta se i kako događa sa procesima mutacije i selekcije u prirodi.

[prethodno poglavlje][nazad na vrh strane][sledeće poglavlje]