O powstawaniu gatunków - ebook

Kiedy na Ziemi pojawiło się życie, zapoczątkowało rozwój „nieskończonego szeregu najpiękniejszych form”^(*), którego zaledwie ułamek jesteśmy w stanie zobaczyć współcześnie. Obserwując je, możemy dostrzec ogromną różnorodność, liczne cechy wspólne oraz niezwykłą zdolność przystosowania się organizmów do różnych środowisk. Naukowe uzasadnienie tych trzech obserwacji po raz pierwszy znajdziemy w opublikowanej ponad półtora wieku temu hipotezie O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, która zapoczątkowała erę biologii ewolucyjnej.

W swym dziele Darwin zaprezentował obszerny zestaw dowodów popierających ideę „pochodzenia z modyfikacjami” – czyli doboru naturalnego jako motoru napędowego ewolucji. Procesu, w którym osobniki dysponujące pewnym zestawem dziedzicznych cech rozmnażają się lepiej, przekazując te cechy potomstwu. Z upływem czasu prowadzi to do ich lepszego przystosowania się do środowiska, co z kolei może spowodować powstanie zupełnie nowego gatunku. Należy jednak podkreślić, że o ile dobór naturalny oddziałuje poprzez osobniki mające kontakt ze środowiskiem, o tyle osobniki nie ewoluują, a jedynie ich populacja.

Idea ta stanowi również jeden z najgłośniejszych punktów sporu pomiędzy współczesnymi ewolucjonistami. Adaptacjoniści przyznają decydującą rolę w ewolucji właśnie „pochodzeniu z modyfikacjami”. Natomiast neutraliści za najważniejszą przyczynę zmian ewolucyjnych uważają dryf genetyczny. Swoje poglądy opierają na pracach Kimury, który postuluje, że większość zmian fenotypowych przekazywanych potomstwu ma swoje źródło w neutralnych z punktu widzenia doboru naturalnego, niepodlegających ukierunkowanej selekcji mutacji w genotypie.

Ideę ewolucji po 150 latach od jej opublikowania potwierdzają setki badań naukowych, które wypełniają szereg wskazywanych przez Darwina luk. Najważniejsze z nich to: bezpośrednie obserwacje działania doboru naturalnego, wciąż odkrywane skamieniałości, homologie oraz dowody biogeograficzne.

Namacalnym współczesnym dowodem na działanie doboru naturalnego jest powstawanie lekoodpornych bakterii. Mają one bezpośredni i drastyczny wpływ na nasze życie, a przez to, że bardzo szybko się reprodukują i mogą wymieniać geny z przedstawicielami własnego gatunku, osobniki odporne na poszczególne, a nawet wszystkie znane człowiekowi typy antybiotyków błyskawicznie rozprzestrzeniają się w naszej populacji. A proces ten rozpoczął się zaledwie w 1943 roku, kiedy pierwszy raz została zastosowana na szeroką skalę penicylina.

Drugi typ dowodów na ewolucję stanowią homologie, czyli dane dotyczące podobieństwa między żywymi organizmami. Jedną z takich homologii w skali mikro mających bezpośrednie przełożenie na rozwój współczesnej biologii jest uniwersalność kodu genetycznego. Dzięki temu biolodzy molekularni są w stanie przenosić fragmenty genomów różnych organizmów pomiędzy sobą, nawet tych, które na drzewie ewolucyjnym znajdują się bardzo daleko od siebie. Współcześnie produkcja insuliny ludzkiej na masową skalę odbywa się w bakteriach E. coli.

Zapisy szczątków kopalnych, szczególnie kości, dostarczają dowodów na samą ewolucję różnych grup organizmów. Dzięki takim badaniom dostarczono dowodów do poparcia hipotezy opartej na sekwencjonowaniu genomu, na przykład że walenie są blisko spokrewnione ze zwierzętami parzystokopytnymi (wielbłądami, świniami, krowami etc.), co jest dość zaskakujące, jeśli porównamy współczesne środowiska życia tych zwierząt.

Biogeografia, nauka zajmująca się geograficznym rozmieszczeniem gatunków, również dostarcza nam kolejnych dowodów potwierdzających teorię ewolucji. Na wyspach występuje szereg gatunków endemicznych – czyli takich, których nigdzie indziej nie spotkamy. Jednak w ich sąsiedztwie lub na najbliższym lądzie można spotkać gatunki bardzo blisko spokrewnione z tymi wyspowymi. Sugeruje to kierunek ich kolonizacji. Tłumaczy to również fakt, dlaczego na dwóch wyspach o podobnych warunkach klimatycznych, ale leżących w różnych częściach świata, żyją gatunki, które nie są ze sobą spokrewnione, jednak są spokrewnione z gatunkami z najbliższych stałych lądów. Prawidłowość tę zaobserwował już sam Darwin.

Wszystkich dowodów dokumentujących teorię ewolucji nie sposób wymienić w tak krótkim wstępie. W latach 40. i 50. biolodzy stworzyli tzw. syntetyczną teorię ewolucji, przez niektórych nazywaną neodarwinizmem, stanowiącą syntezę teorii Darwina–Wallace’a, łącząc je ze współczesnymi odkryciami naukowymi i dziedzinami takimi jak genetyka i paleontologia. Od tego momentu wyróżnia się dwa pojęcia: mikroewolucja – na określenie zmian zachodzących w obrębie gatunku, oraz makroewolucja, na określenie zmian prowadzących do powstania nowych gatunków. Należy również podkreślić, że teoria ewolucji i sama ewolucja to dwa odmienne terminy. Teoria ewolucji opisuje przebieg i mechanizmy ewolucji. Natomiast sama ewolucja jest niepodważalnym, bardzo dobrze udokumentowanym zjawiskiem naukowym, co do którego istnienia nie ma wątpliwości żaden szanujący się badacz zajmujący się naukami przyrodniczymi. Z połączenia różnych odmiennych dziedzin biologii z ewolucją powstają wciąż nowe gałęzie wiedzy. Za przykład może posłużyć połączenie biologii ewolucyjnej i biologii rozwoju, które stworzyło zupełnie nową gałąź – ewolucyjną biologię rozwoju, w skrócie evo-devo, pozwalającą odkryć genetyczne drogowskazy, na podstawie których powstają organizmy żywe!!! A stąd już tylko krok do stworzenia eco-evo-devo – połączenia ekologii, biologii rozwoju i ewolucjonizmu.

We współczesnym, błyskawicznie zmieniającym się świecie, gdzie stoimy przed tak globalnymi problemami jak postępująca degradacja środowiska, jego zanieczyszczenie, globalne ocieplenie, światowy kryzys bioróżnorodności, ewolucja w rękach naukowców może stać się potężnym orężem w przystosowaniu się do zmian, jakie nas czekają. Tzw. ukierunkowana ewolucja, czyli sterowanie procesami ewolucji w probówce, za które Frances Hamilton Arnold dostała w 2018 roku Nagrodę Nobla, metoda CRISPR/Cas9 – czyli edytowanie genomów, pozwala zaprząc ewolucję do naszych celów, mało tego, przyspieszyć procesy, które naturze zajmowały miliony lat. Obecnie jesteśmy na początku tej fascynującej podróży, podobnie jak Charles Darwin, który wsiadając na statek HMS Beagle, nie spodziewał się, że odkryje mechanizmy, które prowadzą życie na naszej planecie wciąż ku tworzeniu nowego „niekończącego się szeregu najpiękniejszych form”.

Z całego serca zachęcam do przeczytania O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego – które stanowi niewątpliwie tę teorię dla przyrodników, jaką jest ogólna teoria względności Einsteina dla współczesnych fizyków. Biologia w przeciwieństwie do innych dziedzin nauki, takich jak np. matematyka czy fizyka, ma niewiele ściśle zdefiniowanych praw – ewolucja jednak jest takim prawem i to Charles Darwin otworzył nam drzwi do jej fascynującego świata.

Stanisław Łoboziak

Stanisław Łoboziak – z wykształcenia biolog molekularny, absolwent wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego, gdzie w Instytucie Genetyki i Biotechnologii zgłębiał tajemnice świata RNA. Z zamiłowania popularyzator nauki zafascynowany zjawiskiem bioluminescencji – świecenia żywych organizmów. Obecnie związany z Centrum Nauki Kopernik, gdzie odpowiada za działalność laboratorium biologicznego. Autor książki popularnonaukowej Laboratorium w szufladzie – biologia. Obecnie pogłębiający swoją wiedzę dotyczącą mrówek oraz innych owadów społecznych, jak również zgłębiający technologię otrzymywania czystego mięsa. Wspólnie z artystką zafascynowaną naukami biologicznymi Karoliną Sulich prowadzi działania przybliżające najnowsze osiągnięcia naukowe ogółowi społeczeństwa.

* Charles Darwin O powstawaniu gatunków: Jest to wzniosły zaiste pogląd, iż Stwórca natchnął życiem kilka form, lub jedną tylko, i że podczas gdy planeta nasza, podlegając ścisłym prawom ciążenia, dokonywała swych obrotów, z tak prostego początku zdołał się rozwinąć i wciąż jeszcze się rozwija nieskończony szereg form najpiękniejszych i najbardziej zadziwiających.Gdy jako naturalista podróżowałem na statku HMS Beagle, uderzyły mnie mocno niektóre fakty dotyczące rozmieszczenia istot organicznych zamieszkujących Amerykę Południową oraz związków geologicznych między obecnymi a dawnymi mieszkańcami tej części świata. Fakty te, jak zobaczymy w dalszych rozdziałach niniejszego dzieła, powinny, zdawało mi się, rzucić pewne światło na powstawanie gatunków, ową tajemnicę tajemnic, jak je nazwał jeden z największych naszych filozofów. Po powrocie z podróży wpadłem w 1837 roku na myśl, że zbierając cierpliwie materiały i rozważając wszystkie fakty mające związek z tą kwestią, mogę się nieco przyczynić do jej rozwiązania. Po pięciu latach pracy pozwoliłem sobie na niektóre uogólnienia w tym przedmiocie i streściłem je w kilku krótkich notatkach; w roku 1847 rozszerzyłem notatki te w szkic wniosków, które mi się wówczas wydały prawdopodobne. Od tego czasu aż do dnia dzisiejszego zajmowałem się bezustannie tym przedmiotem. Spodziewam się, że czytelnicy wybaczą mi to wchodzenie w osobiste szczegóły; podaję je tylko, by wykazać, że nie przystępowałem pospiesznie do wyciągania konkluzji.

Obecnie (1859 rok) dzieło moje jest prawie ukończone. Ponieważ jednak potrzeba mi jeszcze wielu lat do jego uzupełnienia, a zdrowie moje niezbyt jest mocne, zachęcono mnie więc do opublikowania niniejszego wyciągu. Robię to tym chętniej, że pan Wallace, który studiuje obecnie historię naturalną Archipelagu Malajskiego, w kwestii powstawania gatunków doszedł zupełnie do tych samych wniosków co i ja. W roku 1858 przesłał on na moje ręce rozprawę dotyczącą tej kwestii z prośbą o doręczenie jej panu Charlesowi Lyellowi. Pan Lyell posłał rozprawę do Linnean Society i wydrukowano ją w trzecim tomie pisma tego towarzystwa. Panowie Ch. Lyell i dr Hooker, którym znane były moje prace – ostatni z nich czytał mój szkic z 1844 roku – zaszczycili mnie radą, bym równocześnie z rozprawą pana Wallace’a podał do druku kilka wyciągów z moich rękopisów.

Wyciąg ten, który tu przedstawiam, musi więc z konieczności być niekompletny. Na poparcie wielu mych twierdzeń nie mogę się tutaj powołać ani na cytaty, ani na autorytety naukowe i liczyć tylko muszę na to, że czytelnik zechce mieć zaufanie do mojej ścisłości. Bez wątpienia też wkradły się do mego dzieła niektóre pomyłki, chociaż starałem się być ostrożny przy wyborze autorytetów i szukałem poparcia tylko u najbardziej wiarygodnych. Mogę więc ogólne wnioski, do których doszedłem, zilustrować tylko kilkoma faktami; spodziewam się jednak, że dla większości wypadków fakty te wystarczą. Nikt ode mnie nie pojmuje lepiej, jak niezbędne jest późniejsze ogłoszenie wszystkich szczegółowych faktów i cytatów, na których oparłem moje wnioski, i sądzę, że będę mógł tego dokonać w przyszłej pracy. Wiem bowiem dobrze, że do każdego prawie punktu dyskutowanego w tej książce przytoczyć by można fakty, które mogłyby pozornie doprowadzić do innych zupełnie wniosków niż te, do których ja doszedłem. Właściwy rezultat otrzymać można tylko przez zestawienie wszystkich faktów i argumentów przemawiających za i przeciw każdej kwestii; a to jest tu niemożliwe.

Żałuję mocno, że z braku miejsca nie mogę wyrazić tutaj podziękowania za szlachetną pomoc udzieloną mi przez licznych naturalistów, z których części nawet nie znałem osobiście. Nie mogę jednak pominąć sposobności, by wyrazić swoją głęboką wdzięczność drowi Hookerowi, który przez piętnaście ostatnich lat wspierał mnie swą bogatą wiedzą i doskonałą bystrością osądu.

Zastanawiając się nad powstawaniem gatunków, pojmiemy łatwo, że naturalista, który bada wzajemne powinowactwo istot organicznych, ich stosunki w okresie zarodkowym, ich rozmieszczenie geograficzne, ich geologiczne następstwo po sobie i inne podobne fakty, dojść może do wniosku, że gatunki nie zostały stworzone oddzielnie, ale, tak jak odmiany, powstały z innych gatunków. Wniosek ten jednak, choćby nawet zupełnie uzasadniony, nie wystarczy jeszcze, dopóki wykazane nie zostanie, w jaki sposób niezliczone gatunki zamieszkujące powierzchnię ziemi zostały przekształcone tak, iż uzyskały ową doskonałość budowy i przystosowania się, które słusznie budzą w nas podziw. Naturaliści wskazują zawsze na warunki zewnętrzne, jak klimat, pożywienie itd. jako na wyłącznie możliwe powody zmienności. Zobaczymy później, że w pewnych granicach zdanie to może być słuszne; byłoby jednak nierozsądne przypisywać jedynie wpływowi warunków zewnętrznych całą budowę np. dzięcioła, którego nogi, ogon, dziób i język tak zadziwiająco przystosowane są do łapania owadów pod korą drzew. Również co do jemioły, która czerpie swe pożywienie z soku niektórych drzew, której nasiona muszą być roznoszone przez ptaki, której kwiaty rozdzielnopłciowe potrzebują do zapłodnienia pomocy niektórych owadów, przenoszących pyłek z jednego kwiatu na drugi – i w tym wypadku byłoby nierozsądnie chcieć wytłumaczyć całą budowę tej pasożytniczej rośliny i wszystkie jej stosunki z rozmaitymi istotami organicznymi wyłącznie przez wpływ warunków zewnętrznych, przez przyzwyczajenie lub przez wolę rośliny.

Jest więc rzeczą niezwykłej wagi dojść do jasnego zrozumienia środków przekształcania i przystosowania. Już od początku mych spostrzeżeń wydawało mi się prawdopodobne, że staranne badania zwierząt domowych i roślin uprawnych dadzą mi najlepszą sposobność do rozstrzygnięcia tego zawiłego zagadnienia. Oczekiwania nie zawiodły mnie; w tym bowiem, jak i we wszystkich zawikłanych wypadkach zawsze stwierdzałem, iż chociaż nasza wiedza o zmianach pod wpływem hodowli jest niedoskonała, jednak daje nam ona najlepszą i najpewniejszą nić przewodnią. Dlatego też nie waham się wypowiedzieć tutaj mego przekonania o wysokiej doniosłości podobnych studiów, chociaż naturaliści często je zaniedbywali.

Z tych względów pierwszy rozdział niniejszego wyciągu poświęcam zmienności w stanie udomowienia. Przekonamy się tam, jak daleko zachodzić może dziedziczność zmian i – co równie lub nawet bardziej ważne – jak silny być może wpływ człowieka, jeżeli drogą doboru nagromadza on szereg kolejnych, drobnych zmian. Następnie przejdę do zmiany gatunków w stanie natury; z żalem jednak będę zmuszony traktować ten przedmiot zbyt pobieżnie, gdyż nie mógłbym tutaj, jak by należało, przytoczyć całego szeregu faktów. Będziemy jednak mogli omówić warunki najbardziej sprzyjające zmianom. W następnym rozdziale rozpatrywać będziemy walkę o byt pomiędzy wszystkimi istotami organicznymi na ziemi, walkę, która nieuchronnie wynika z mnożenia się ich w postępie geometrycznym. Jest to teoria Malthusa zastosowana do królestwa zwierzęcego i roślinnego. Ponieważ w każdym gatunku rodzi się daleko więcej osobników, niż może przetrwać, i ponieważ w ten sposób powstaje pomiędzy nimi walka o byt, więc osobnik, który pod wpływem skomplikowanych i nieraz zmiennych warunków zewnętrznych zmieni się nieznacznie, lecz w sposób korzystny dla siebie, będzie miał więcej szans na utrzymanie się przy życiu i w ten sposób zostanie „naturalnie dobrany”. A wskutek potężnego działania dziedziczności każda taka wybrana odmiana będzie dążyć do przekazania potomstwu swej nowej, zmodyfikowanej postaci.

To zasadnicze zagadnienie doboru naturalnego omawiane będzie dość szczegółowo w rozdziale czwartym. Zobaczymy tam, dlaczego dobór naturalny prawie koniecznie wywoływać musi wymieranie form mniej doskonałych i prowadzić do tego, co nazwałem rozbieżnością cech. W następnym rozdziale zajmę się skomplikowanymi i mało znanymi prawami zmienności. W pięciu następnych rozdziałach roztrząsać będę najwidoczniejsze i najpoważniejsze zarzuty, które zdają się przemawiać przeciw naszej teorii, a mianowicie: po pierwsze, trudności przemiany, czyli w jaki sposób prosta istota lub nieskomplikowany narząd może się udoskonalić w istotę złożoną lub w narząd bardziej skomplikowany; po wtóre, kwestia instynktu, czyli władz umysłowych zwierząt: po trzecie, hybrydyzm, czyli niepłodność gatunków i płodność odmian przy ich krzyżowaniu; po czwarte, niedostateczność danych geologicznych. W następnym rozdziale zajmę się geologicznym następstwem istot organicznych w czasie, w dwunastym i trzynastym – ich geograficznym rozmieszczeniem w przestrzeni: w czternastym – ich klasyfikacją, czyli wzajemnym pokrewieństwem istot zarówno w stanie dojrzałym, jak i zarodkowym. Ostatni wreszcie rozdział zawierać będzie streszczenie całego dzieła i kilka końcowych uwag.

Nikogo nie powinno dziwić, że tyle jeszcze pozostaje niewyjaśnionych punktów w kwestii powstawania gatunków i odmian. Dosyć tylko uprzytomnić sobie, jak głęboka jest jeszcze nasza nieznajomość wzajemnych stosunków otaczających nas istot. Któż jest w stanie wytłumaczyć, dlaczego jeden gatunek jest bardzo liczny i rozpowszechniony na wielkiej przestrzeni, podczas gdy inny, pokrewny mu, jest rzadki i ma niewielki zasięg? A tymczasem stosunki te są niezmiernie ważne, gdyż od nich zależy obecna pomyślność i, jak sądzę, przyszłe powodzenie i przekształcanie każdej istoty na ziemi. Jeszcze mniej wiemy o wzajemnych stosunkach niezliczonych mieszkańców ziemi podczas minionych epok geologicznych. Pomimo że w tej kwestii jest i długo jeszcze pozostanie wiele rzeczy niewyjaśnionych, to jednak na podstawie najrozważniejszych badań i najbezstronniejszego sądu, do jakiego byłem zdolny, nie wątpię bynajmniej, że zdanie wyznawane dotychczas przez większość naturalistów i podzielane dawniej przeze mnie, a mianowicie, że każdy gatunek został stworzony oddzielnie – jest błędne. Jestem całkowicie przekonany, że gatunki nie są niezmienne i że gatunki należące do jednego tak zwanego rodzaju są potomkami w linii prostej innego, zazwyczaj wygasłego gatunku, tak samo jak uznane odmiany jakiegoś gatunku są potomkami tego gatunku. Jestem prócz tego przekonany, że dobór naturalny jest najważniejszym, chociaż nie wyłącznym czynnikiem przekształcania gatunków.