Wraca dziedziczenie cech nabytych. Co to zmieni w teorii Darwina?

Skąd biorą się przydatne cechy?

Zanim Charles Darwin wyjaśnił ewolucję przez dobór naturalny, Jean-Baptiste Lamarck już pół wieku wcześniej zaproponował inną odpowiedź. Jego koncepcja dziedziczenia cech nabytych zakładała, że organizmy zmieniają się pod wpływem środowiska, a skutki tych zmian mogą przekazywać potomstwu. Klasyczny, choć uproszczony przykład mówi o żyrafie. Jej przodkowie mieli wydłużać szyje, aby sięgać po liście wysoko na drzewach, a ich potomstwo miało rodzić się z dłuższymi szyjami.

Późniejsza biologia przyjęła jednak inny model. Według darwinowskiego doboru naturalnego osobniki w populacji od początku różnią się między sobą, a część tych różnic jest dziedziczna. Jeśli któraś cecha – na przykład lepsze maskowanie albo odporność na zimno – zwiększa szansę przeżycia i rozmnożenia, jej posiadacze pozostawiają więcej potomstwa.

Z czasem cecha staje się częstsza. Zmiany nie powstają dlatego, że organizm ich potrzebuje, lecz pojawiają się przypadkowo. Dobór naturalny sprawia zaś, że częściej utrwalają się te, które w danych warunkach zwiększają szansę przetrwania i rozmnożenia.

To właśnie odróżniało Darwina od Lamarcka. Według Lamarcka organizm odpowiada na konkretne wyzwanie środowiska, a korzystna odpowiedź może zostać przekazana dalej. Przez długi czas te dwa podejścia uważano za sprzeczne. Przez większą część XX wieku dominowało przekonanie, że potomstwo nie dziedziczy zmian, które zaszły w ciele rodziców za ich życia. Obcięcie ogona myszy nie sprawi przecież, że jej młode urodzą się bez ogonów.

Naukowcy badają dziedziczenie cech nabytych

Dziś ten spór wraca za sprawą eksperymentów pokazujących, że ślady doświadczeń rodziców mogą niekiedy przechodzić na potomstwo. Badania na nicieniach wskazują, że głód, infekcje i stres termiczny mogą uruchamiać dziedziczone przez kilka pokoleń zmiany regulacji genów, często związane z małymi cząsteczkami RNA. Nie jest to jednak powrót do dawnej opowieści o żyrafie, która wydłuża szyję i przekazuje ją potomstwu. Chodzi przede wszystkim o epigenetykę – zmiany w sposobie działania genów, a nie w ich sekwencji.

Większość takich zmian zostaje usunięta podczas rozmnażania, lecz nie zawsze. Najlepiej udokumentowane przykłady międzypokoleniowego przekazu dotyczą roślin i niektórych bezkręgowców.

U roślin część zmian epigenetycznych może być dziedziczona. Jeśli zwiększa odporność na suszę, chłód lub inną presję środowiska, może również poprawiać szanse na pozostawienie potomstwa. Biolodzy zastrzegają zarazem, że u zwierząt – zwłaszcza u ssaków – przekaz takich zmian między pokoleniami napotyka znacznie silniejsze bariery biologiczne.

Nowy numer już jest!

Inne spojrzenie na logikę ewolucji

Na tym tle biolog ewolucyjny Pim Edelaar proponuje inaczej spojrzeć na logikę ewolucji. Nie odrzuca doboru naturalnego, zgodnie z którym częściej rozmnażają się organizmy mające już korzystne cechy. Uważa jednak, że nie musi to być cała historia.

Organizmy reagują na warunki życia, zmieniając zachowanie, rozwój lub sposób działania genów. Jeśli taka odpowiedź pomaga im przetrwać, a jej biologiczny ślad trafia do potomstwa, kolejne pokolenie może być lepiej przygotowane na podobne wyzwanie. Zdaniem Edelaara taki mechanizm może działać obok doboru naturalnego i przyspieszać przystosowanie populacji do powtarzających się warunków.

To przypomina intuicję Lamarcka o dziedziczeniu cech nabytych, ale nie oznacza prostego powrotu do jego teorii. Nie chodzi o to, że każde ćwiczenie mięśni, uraz czy nabyta umiejętność zostają zapisane w biologii dzieci. Chodzi o ograniczone sytuacje, w których reakcja rodzica na środowisko może być korzystna również dla potomstwa. I zostać przekazana poza samą sekwencją DNA. Na przykład za pośrednictwem zmian epigenetycznych lub cząsteczek RNA.

Czy Darwin i Lamarck muszą się wykluczać?

Argument Edelaara ma też charakter darwinowski. Jeżeli dane zagrożenie powtarza się przez kolejne pokolenia – susza, chłód, pasożyt albo niedobór pokarmu – zdolność przekazania potomstwu ograniczonej biologicznej informacji o tych warunkach może zwiększać jego szanse na przeżycie.

Edelaar stawia hipotezę, że dobór naturalny mógł faworyzować również systemy umożliwiające taki przekaz. W tym sensie mechanizmy lamarckowskie nie byłyby przeciwieństwem darwinizmu, lecz jednym z jego możliwych produktów.

Po ponad 200 latach nadszedł czas, by ponownie przyjąć lamarkizm i włączyć go do zaktualizowanej i udoskonalonej wersji standardowej teorii ewolucji

– pisze Edelaar w eseju dla The Conversation.

Nie każda zmiana zostaje na zawsze

Krytycy takiego podejścia zwracają uwagę, że epigenetyczne ślady bywają nietrwałe. Natomiast różnice między rodzicami i potomstwem mogą wynikać także ze zwykłej genetyki, bezpośrednich warunków rozwoju lub uczenia się.

Aby uznać epigenetyczną zmianę za istotny czynnik ewolucji, trzeba wykazać nie tylko jej przekaz, lecz również wpływ na przeżycie i rozmnażanie w kolejnych pokoleniach. Takich mocnych przykładów w naturze wciąż jest niewiele.

Nie jest to wyłącznie spór o historię biologii. Jeśli warunki życia rodziców czasem przygotowują potomstwo na podobne wyzwania, może to mieć znaczenie dla hodowli roślin, ochrony gatunków w zmieniającym się klimacie i badań nad szybką adaptacją organizmów.

Nie chodzi o dziedziczenie wspomnień ani umiejętności nabytych przez rodziców. Stawką jest możliwość przekazania potomstwu biologicznego śladu ich doświadczeń, który może przez pewien czas wpływać na jego reakcję na podobne warunki.

Przeczytaj również: Ingerencja w DNA ma granice. Jak daleko możemy się posunąć?