Ewolucja wyjaśnia, jak powstały wszystkie żywe istoty, łącznie z nami. Łatwo byłoby założyć, że ewolucja działa poprzez ciągłe dodawanie cech organizmom, stale zwiększając ich złożoność. Niektóre ryby wyewoluowały w nogi i wyszły na ląd. Niektóre dinozaury wyewoluowały skrzydła i zaczęły latać. Inne wyewoluowały łona i zaczęły rodzić, aby żyć młodo.
Jest to jednak jeden z najbardziej dominujących i frustrujących nieporozumienia na temat ewolucji. Wiele udanych gałęzi drzewa życia pozostało prostych, takich jak bakterie, lub zmniejszyło swoją złożoność, na przykład pasożyty. I radzą sobie bardzo dobrze.
W Ostatnie badania opublikowane w Nature Ecology and Evolution, porównaliśmy kompletne genomy ponad 100 organizmów (głównie zwierząt), aby zbadać, jak ewoluowało królestwo zwierząt na poziomie genetycznym. Nasze wyniki pokazują, że pochodzenie głównych grup zwierząt, takich jak ta składająca się z ludzi, jest związane nie z dodawaniem nowych genów, ale z masową utratą genów.
Biolog ewolucyjny Stephen Jay Gould był jednym z najsilniejszych przeciwników „marsz postępu”, idea, że ewolucja zawsze prowadzi do zwiększonej złożoności. W jego książce Full House (1996), Gould używa modelu spaceru po pijaku. Pijak wychodzi z baru na stacji kolejowej i niezdarnie chodzi tam iz powrotem po peronie, kołysząc się między barem a torami kolejowymi. Po pewnym czasie pijak wpadnie na tory i utknie tam.
Platforma reprezentuje skalę złożoności, pub jest najniższą złożonością, a ścieżki maksymalne. Życie wyłoniło się z wyjścia z pubu, z minimalną możliwą złożonością. Czasami losowo potyka się w kierunku torów (ewoluując w sposób, który zwiększa złożoność), a innym razem w kierunku pubu (zmniejszając złożoność).
Żadna opcja nie jest lepsza od drugiej. Zachowanie prostoty lub zmniejszenie złożoności może być lepsze dla przetrwania niż ewoluowanie ze zwiększoną złożonością, w zależności od środowiska.
Ale w niektórych przypadkach grupy zwierząt rozwijają złożone cechy, które są nieodłączne od sposobu działania ich ciał i nie mogą już utracić tych genów, aby stać się prostszymi - utknęły w torach kolejowych. (W tej metaforze nie ma pociągów.) Na przykład organizmy wielokomórkowe rzadko wracają, by stać się jednokomórkowe.
Jeśli skupimy się tylko na organizmach uwięzionych w torach kolejowych, wówczas mamy tendencyjne postrzeganie życia ewoluującego w linii prostej od prostego do złożonego, błędnie wierząc, że starsze formy życia są zawsze proste, a nowsze złożone. Ale prawdziwa droga do złożoności jest bardziej kręta.
Razem z Peterem Hollandem z Uniwersytetu Oksfordzkiego przyjrzeliśmy się, jak złożoność genetyczna ewoluowała u zwierząt. Poprzednio, pokazaliśmy że dodanie nowych genów było kluczem do wczesnej ewolucji królestwa zwierząt. Powstało wówczas pytanie, czy tak było podczas późniejszej ewolucji zwierząt.
Studiowanie drzewa życia
Większość zwierząt można podzielić na główne linie ewolucyjne, gałęzie drzewa życia pokazujące, jak żyjące dzisiaj zwierzęta wyewoluowały z szeregu wspólnych przodków. Aby odpowiedzieć na nasze pytanie, przebadaliśmy każdą linię zwierzęcą, dla której sekwencja genomu była publicznie dostępna, oraz wiele linii niezwierzęcych, aby je porównać.
Jedną z linii zwierzęcych jest linia deuterostomów, która obejmuje ludzi i inne kręgowce, a także gwiazdy morskie lub jeżowce. Innym są ecdysozoans, obejmujące stawonogi (owady, homary, pająki, krocionogi) i inne liniejące zwierzęta, takie jak glisty. Kręgowce i owady są uważane za jedne z najbardziej złożonych zwierząt. Wreszcie mamy jedną linię, lofotrochozoans, która obejmuje między innymi zwierzęta takie jak mięczaki (na przykład ślimaki) lub pierścienice (dżdżownice).
Wzięliśmy tę różnorodną selekcję organizmów i przyjrzeliśmy się, jak są spokrewnione na drzewie życia i jakie geny mają wspólne, a których nie. Jeśli gen był obecny w starszej gałęzi drzewa, a nie w młodszej, wnioskowaliśmy, że ten gen został utracony. Jeśli gen nie był obecny w starszych gałęziach, ale pojawił się w młodszej gałęzi, uważaliśmy go za nowy gen, który został uzyskany w młodszej gałęzi.
Schemat drzewa życia przedstawiający zmieniającą się liczbę genów różnych grup zwierząt. Pomarańczowe trójkąty skierowane w dół wskazują na utratę genów. Zielone trójkąty skierowane w górę wskazują przyrost genów. Im większy trójkąt, tym większa zmiana. Jordi Paps, Autor pod warunkiem
Wyniki pokazały bezprecedensową liczbę utraconych i zyskanych genów, coś, czego nigdy wcześniej nie widziano w poprzednich analizach. Dwie z głównych linii, deuterostomy (w tym ludzie) i ekdyzozoa (w tym owady), wykazały największą liczbę strat genów. Z kolei lophotrochozoans wykazują równowagę między nowościami i stratami genów.
Nasze wyniki potwierdzają obraz przedstawiony przez Stephena Jaya Goulda, pokazując, że na poziomie genów życie zwierzęce pojawiło się po opuszczeniu pubu i dokonaniu dużego skoku w złożoności. Ale po początkowym entuzjazmie, niektóre rody zbliżyły się do pubu, tracąc geny, podczas gdy inne rody dryfowały w kierunku toru, zyskując geny. Uważamy to za doskonałe podsumowanie ewolucji, wywołany alkoholem przypadkowy wybór między barem a torem kolejowym. Lub, jak mówi mem internetowy: „idź ewolucja do domu, jesteś pijany".
O autorze
Jordi Paps, wykładowca, School of Biological Sciences, University of Bristol, Uniwersytet w Bristolu oraz Cristina Guijarro-Clarke, doktorantka w dziedzinie ewolucji, Uniwersytet w Essex
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
książki_nauka
