Historia życia. Trzy domeny
Krezusi naszych czasów z lubością ocierającą się o snobizm gromadzą uznane za najcenniejsze z cennych dzieła sztuki sądząc zapewne że dodadzą im splendoru. Obrazy Rembrandta czy Gaugina, jaja Fabergé, portret Marilyn Monroe Andy Warhola rozpalają wyobraźnie i portfele. Gdybym i ja był multimiliarderem, potraktowałbym je wszystkie obojętnie i skupił się na zdobyciu zgoła innego owocu ludzkiego geniuszu. Problem tylko w tym, że nie jestem bogaczem, a moje wymarzone trofeum nie jest na sprzedaż za żadne pieniądze świata (chociaż – kto wie).
W lipcu 1837 roku Charles Darwin założył 280-stronicowy notatnik oznaczony literą „B” – zeszyt z literą „A” dotyczył zagadnień geologicznych. Notatnik – jak to notatnik, służył do gromadzenia luźnych przemyśleń, pytań i pomysłów spisanych dla siebie samego. Dlaczego życie jest takie krótkie? Dlaczego rozmnażanie jest tak istotne? Dlaczego jedne zwierzęta różnią się między sobą tak wyraźnie, a inne są niemal identyczne? Czyżby zmieniały się w sprzyjających warunkach? Jak daleko mogą zajść te zmiany? Czy gatunki wymierają? Uznał to za wielce prawdopodobne, a z czasem za wręcz konieczne i zdał sobie sprawę, że nie ma w tym nic bardziej dziwnego, niż w kwestii śmierci osobnika. Logicznym następstwem okazał się wniosek, ze wszyscy mamy wspólnego przodka, a graficzna prezentacja życia powinna mieć postać drzewa. Naszkicował pień rozdzielający się na cztery główne konary i kilka gałęzi. Nad rysunkiem umieścił napis „tak myślę”.
Co najmniej od czasów jednego z najbardziej przecenianych myślicieli starożytności, Arystotelesa, uznawano że gatunki są niezmienne w czasie i wieczne, jako byty doskonałe z boskiego nadania – bo czyż dzieło boże można poprawiać? Ewolucyjne ujęcie całkowicie zburzyło ten mit. A kiedy w notatniku „E” (tak, powstały kolejne) Darwin wreszcie dostrzegł siłę napędową w postaci doboru naturalnego, upadł także mit kreacji. Gatunki nie zostały stworzone nadnaturalnym, intencjonalnym aktem, lecz wywodzą się z już istniejących na skutek działania bezmyślnego i naturalnego procesu.
Naukę dzielę na przeddarwinowską i podarwinowską. Teoria ewolucji przez dobór naturalny zmieniła i dopełniła rozumienie świata, przez co wpłynęła na świadomość i losy tych, którzy przyszli po niej. Od czasów wspomnianego już szkodnika Arystotelesa dzielono świat żywy na królestwa roślin i zwierząt (oraz na kategorię nadrzędną rzecz jasna, ludzi). Nawet po odkryciu mikroskopu i mikroorganizmów to się nie zmieniło – jedne mikroby klasyfikowano jako rośliny, inne jako zwierzęta. Leeuwenhoek opowiadał o animalculach, które dostrzegł przez soczewki. Życie miało mieć charakter binarny.
Tymczasem na kontynencie pojawił się najzagorzalszy spoza Wysp orędownik Teorii Ewolucji, Ernst Haeckel. Niezwykle zdolny rysownik, którego prace do dziś wywołują podziw. A także zagorzały miłośnik drobnych stworzeń wodnych, zwłaszcza promienic. Niemiecki ewolucjonista nad uwielbienie dla promienic i innego morskiego drobiazgu, które wyławiał z wód śródziemnomorskich przedkładał jedynie uwielbienie dla kuzynki Anny. Uczucie było odwzajemnione, ale brak pieniędzy stał na przeszkodzie ku ich szczęściu. Nieco sfrustrowany takim obrotem sprawy skupił się na pracy naukowej. Zatrudnił się na Uniwersytecie w Jenie, na której awansował ostatecznie na stanowisko profesora, w czym pomogły mu niewątpliwie doskonałe monografie o promienicach. Wreszcie stać go było na poślubienie Anny. Wkroczył w najszczęśliwszy okres życia. Liczne wykłady o ewolucji i doborze naturalnym uczyniły go sławnym, a żona nazywała go swoim niemieckim Darwinem.
Rycina autorstwa Ernsta Haeckla
18 miesięcy po ślubie zmarła na trudną do zdiagnozowania chorobę. Haeckel na wpół oszalały, na wpół zrozpaczony przez 8 dni nie wychodził z łóżka. To wtedy utracił resztki wiary religijnej. Bezwolny i zrezygnowany zgodził się, aby rodzice wysłali go na rekonwalescencję do Nicei. Podczas spaceru plażą dostrzegł piękną meduzę z długimi mackami przypominającymi mu złote włosy ukochanej żony, spływające z opaski na głowie. Zdał sobie sprawę, że ukojenie znajdzie w zarzuconej pasji do przyrody. Meduza okazała się być gatunkiem nieznanym nauce. Nadał jej nazwę Mitrocoma annae – opaska Anny. A potem pogrążył się w pracy naukowej. Sformułował prawa adaptacyjne (w tym prawo adaptacji korelacji) i prawa transmisji. Zdefiniował niektóre zjawiska przyrodnicze i ukuł dla nich neologizmy – ekologia, filogeneza, ontogeneza. Wprowadził tzw. prawo biogenetyczne traktujące o rozwoju embrionalnym jako powtórzeniu rozwoju ewolucyjnego – i tak zarodek człowieka przechodzi przez etapy ryby, płaza i ssaka. I zrewolucjonizował drzewo życia. Wyznaczył trzecie królestwo, które nazwał Protista. Obejmowało ono organizmy nieroślinne i niezwierzęce. Z czasem królestwo to przemianowano na Procaryota (organizmy pozbawione jądra komórkowego) i przeciwstawiono im Eucaryota (organizmy z jądrem komórkowym). Życie znów stało się binarne, choć w diametralnie inny sposób. Inny, lecz również błędny. Aby jednak o tym się przekonać, musiało dojść do dwóch wielkich rewolucji, nie licząc odkrycia podwójnej helisy DNA.
Rybosom to taka drukarka 3d obecna w komórce każdej istoty żywej. Komórka ssaka może zawierać 10 milionów rybosomów. Ich zadanie jest fundamentalne – zamieniają informacje genetyczną dostarczona przez RNA na białko, nawet z prędkością 200 aminokwasów na minutę. Podstawową funkcją jest ekspresja genowa, genotyp zostaje niejako zastąpiony przez fenotyp. Rybosom posiada własne strukturalne RNA.
Amerykański mikrobiolog Carl Woese postanowił użyć rybosomalnego RNA jako cząsteczki przydatnej w rozpoznawaniu związków ewolucyjnych. Skupił się na tzw. 16s rRNA obecnym w rybosomach prokariontów (u eukariontów odpowiednikiem jest 183 rRNA). Prace porównawcze nad 16s różnych jednokomórkowców wprawiły go jednak w zdumienie. Różniły się między sobą w sposób fundamentalny. Stało się dla niego jasne, że prokarionty nie są grupą jednorodną. To dwa różne królestwa. Przedstawił autorską wizję drzewa życia. Ze wspólnego pnia (wspólnego przodka) wyrastały nie dwa, a trzy główne konary, które nazwał domenami. Bakterie, archeony i eukarionty. Termin prokarionty uznał za pozbawiony sensu jako jednostkę nie monofiletyczną. Wizja ta spotkała się z wrogim przyjęciem w świecie akademickim, a uznane autorytety przestrzegały przed jej propagowaniem. Wydawnictwa nie chciały publikować niczego na ten temat. Minęły lata zanim została przyjęta przez mainstream w obliczu coraz to nowych dowodów molekularnych. Carl Woese otrzymał ostatecznie najwyższe możliwe odznaczenie dla mikrobiologa – medal Leeuwenhoeka wraz z czekiem na 500 000 dolarów.
To rewolucja numer jeden.
W 1967 roku Lynn Sagan opublikowała bluźnierczy pod względem naukowym artykuł. Młoda i bez dorobku, znana dotychczas głownie z bycia żoną już wtedy sławnego Carla Sagana nagle stanęła do starcia z uznanymi autorytetami. Stwierdziła jednoznacznie, że mitochondria i chloroplasty są w istocie dawno zasymilizowanymi na skutek fuzji międzykomórkowej, pierwotnie autonomicznymi organizmami. Nie zostały strawione, wydalone ani uśmiercone, a jedynie zrezygnowały z samodzielności i stały się organellami. W wydanej później książce nadała tej koncepcji nazwę teorii endosymbiotycznej – uczyniła to już po rozwodzie, jako Lynn Margulis. Wzbogaciła ją o twierdzenie, że wici jednokomórkowców to wchłonięte niegdyś krętki. Zrobiła to, ponieważ zdawała sobie sprawę, że tak naprawdę powiela pomysły innych a ona je jedynie rozpowszechnia. Symbiozę chloroplastów ściągnęła z prac Konstantina Miereżkowskiego, a ideę symbiozy mitochondriów od Ivana Wallina. Pragnęła dodać coś od siebie. I właśnie jej stricte autorski wkład okazał się prowadzić na manowce.
Lynn Margulis Źródło https://www.edge.org/conversation/lynn_margulis-lynn-margulis-1938-2011-gaia-is-a-tough-bitch
Teoria endosymbiotyczna została w końcu udowodniona w zakresie pochodzenia mitochondriów i chloroplastów. Zresztą, opór wobec niej wydawał się być od początku nieuzasadniony. Mitochondria posiadają przecież własne DNA, ewidentnie odmienne od DNA jądrowego. To dzięki niemu możliwe stało się umieszczenie w czasie naszej przodkini, tzw. mitochondrialnej Ewy – mitochondria dziedziczone są wyłącznie po kądzieli. Plemnik to niemal sterylny materiał genetyczny pozbawiony struktur wewnętrznych – dlaczego tak jest wyjaśnię wkrótce w artykule o pochodzeniu i funkcji płci. Wszystkie Twoje mitochondria pochodzą od matki.
Woese i Margulis przeszli podobną drogę od nieakceptowanych wyrzutków po uznane autorytety. Oboje zostali laureatami wielu nagród (choć Woese nie przyjął odznaczenia z rąk Billa Clintona z powodu poglądów politycznych), oboje zasiedli w National Academy of Sciences – oceńcie sami, czy równie zasłużenie. I szczerze się nie lubili. Ona zarzucała mu brak wyobraźni. On uważał ja za słabego naukowca siejącego zamęt. Cóż, być może mieli po części rację. Padli ofiarą własnego sukcesu. Lynn wszędzie dostrzegała relacje symbiotyczne, także tam gdzie ich nie było a kulminacją stała się całkowicie nietrafiona hipoteza Gai. Carl popadł w megalomanię – uważał się za lepszego od innych, w tym od Darwina, którego nazywał plagiatorem. Uważał, że twórca TE nie zasługuje na ten zaszczyt, aby jego portret widniał w uczelni na której wykłada – zwłaszcza obok portretu jego samego.
Świat nauki się z nimi nie zgadzał, a jednak to oni od początku mieli rację, przynajmniej w ogólnym zarysie. Dziś drzewo życia ma wprawdzie trzy główne konary (domeny), ale jedna z nich, nasza, eukariotyczna, odchodzi nie od wspólnego przodka, lecz rozgałęzia się od archeonów. Oznacza to, że organizmy jądrowe i pozbawione jądra archeony są bliżej spokrewnione, niż bezjądrowe bakterie i archeony. To zdecydowanie nieintuicyjne. Do rozdzielenia doszło co najmniej 2 miliardy lat temu – nie wiadomo, czy komórka eukariotyczna powstała dzięki fuzji endosymbiotycznej, czy na odwrót – powstanie takiej komórki tę fuzję umożliwiło.
Drzewo filogenetyczne. Grafika pochodzi z Wikipedii. Czarna linia u podstawy to LUCA. Na zielono zaznaczyłem moment endosymbiozy mitochondrialnej
Teoria Ewolucji i filogenetyczne drzewo życia opierają się na koncepcji przekazywania genów z pokolenia na pokolenie. Na wyraźnym podziale na gatunki i osobniki. Teoria endosymbiotyczna podważa takie myślenie. Okazuje się że transfer genów zachodzi także horyzontalnie, między osobnikami żyjącymi jednocześnie. Tak przecież funkcjonują bakterie i archeony. Wymieniają się genami. To dziś wiedzą wszyscy.
Natomiast poziomy transfer genów jest niemożliwy do organizmów wielokomórkowych. Ich DNA jest szczelnie ukryte za tzw. linia Weismanna. Materiał genetyczny izolowany w jajnikach i jądrach nie może być skażony genami bakterii czy archeonów. To niemożliwe. Tyle naukowa ortodoksja.
W 2007 roku laboratorium Craiga Ventera wykryło w genomie jądrowym muszki owocowej Drosophila ananassae niemal kompletny genom bakterii Wolbachia. Geny bakterii i archeonów odkryto również w jądrach innych owadów. A potem kręgowców. A wreszcie ludzi. Wraz z postępem badań stało się bezsprzecznie jasne, że poziomy transfer genów z jednokomórkowców do linii zarodkowych wielokomorkówców jest zjawiskiem powszechnym. Zachodzi w różnym tempie i z różnymi skutkami w rozmaitych liniach rodowodowych roślin, grzybów i zwierząt. Od milionów lat zachodzi endosymbiotyczny, horyzontalny transfer genów i nie są ta transfery bez wpływu na zainfekowane w ten sposób organizmy. Ocenia się, ze tylko 1% genów przeciętnej bakterii czy archeonu jest na tyle niezbędny do funkcjonowania organizmu, że nie może być podmieniony bez efektu letalnego. Ludzki genom jądrowy zawiera ponad 263 tysiące par zasad bakteryjnego DNA przeniesionego z naszych mitochondriów. Zawiera też geny pozyskane od rozmaitych bakterii, które dziś pełnią wiele istotnych funkcji. I tak np. pozyskany na drodze horyzontalnej przez ssaki przedłożyskowe gen syncytyny odpowiada za wykształcenie łożyska. Początkowo służył wykształceniu immunosupresji u płodu, a następnie stopniowo zyskiwał nową rolę warstwy pośredniczącej. Thierry Heidmann, odkrywca syncytyny, komentuje to zdaniem – nasze geny to nie tylko nasze geny.
Ludzkie ciało zawiera 37 bilionów komórek. Jednocześnie 100 bilonów komórek bakteryjnych. 8% naszego genomu to retrowirusy. Nasi przodkowie podlegali nieustannemu wpływowi obcych genów – i my wciąż mu ulegamy. Jesteśmy mozaikami, chimerami, biocyborgami. Drzewo życia to nie klasyczne drzewo – to sieć wzajemnych powiązań, także między odrębnymi domenami. Powiązania te zaś to nie tylko historyczne dziedzictwo. To teraźniejszość. Nie tylko gatunek jest tworem sztucznym. Jest nim także osobnik. Użytecznym i praktycznym, ale sztucznym. Nie istniejącym.
Niesie to ze sobą konsekwencje natury filozoficznej. W dominujących obecnie religiach człowiek jest koroną stworzenia. Istotą wybraną wokół której wszystko się kręci. Bez człowieka jako odrębnego bytu żadna z wielkich religii nie ma sensu. W odniesieniu do biologicznej proweniencji religijne wywyższenie staje się nieuzasadnione. Staje się zwyczajnie głupie. W uniwersalnej perspektywie liczą się geny, a nie twory przez nie skonstruowane. Posiadanie zaawansowanej świadomości skutkuje złudzeniem wyjątkowości i złudzenia tego niełatwo się wyzbyć. Dla racjonalnie myślącej osoby złudzenie to jest jednak nie do przyjęcia.
Kolejny wniosek – granice zwykle nie są ostre. Są płynne. Między domenami, miedzy gatunkami, miedzy osobnikami – i to zarówno w płaszczyźnie wertykalnej jak horyzontalnej. Między komórką prokariotyczną a komórką eukariotyczną. A skoro tak – może brak ostrej granicy miedzy życiem a nie-życiem, w sensie ewolucyjnym. Ja jestem o tym przekonany.
W oparciu o „Splątane drzewo życia” Davida Quammena
Zobacz też
Historia życia. Część pierwsza. Zapłodnienie.
Łódź 01.07.2024