Czy epigenetyka jest rewolucją w ewolucji?
advertisement
Czy epigenetyka jest rewolucją w ewolucji? Autor tekstu: Jerry Coyne Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska C zęsto słyszy się sugestię, że neodarwinowski pogląd na ewolucję stacza się po równi pochyłej i że ten pogląd będzie całkowicie zmieniony — jeśli nie obalony — przez nowe koncepcje w biologii, takie jak modularność, asymilacja genetyczna, ewoluowalność i epigenetyka. Szczególnie epigenetyka (która zdefiniuję za chwilę) jest zachwalana jako koncepcja, która zrewolucjonizuje biologię ewolucyjną. Nazwijcie mnie starym ramolem, ale uważam, że myślenie o epigenetycy jako niszczycielu Darwina jest całkowicie fałszywe. Chociaż pewne odkrycia w tej dziedzinie są interesujące i z pewnością rozszerzyły naszą wiedzę o tym, jak działają geny, nie ma najmniejszego śladu dowodu, że odkrycia epigenetyki rozbiją główne idee neodarwinizmu, które obejmują koncepcje zmiany ewolucyjnej drogą doboru naturalnego i dryfu genetycznego, losowość mutacji, idee specjacji i wspólnego pochodzenia oraz genocentryczny pogląd na ewolucję. Wyjaśniałem mój pogląd na epigenetykę jako rewolucję w kilku poprzednich postach, na przykład tutaj (http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2010/11/04/epigenetics-kerf uffle/), tutaj (http://www.racjonalista.pl/kk.php/s,705/q,Epigenetyka.swiatlo.i.droga), tutaj (http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2010/03/19/worst-science-jo urnalism-of-the-yeardarwin-com pletely-wrong-again/) i tutaj (http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2011/07/13/bbc-4-tonight-arevolution-in-evolutionnot/), ale, podobnie jak Hydra lernejska (http://pl.wikipedia.org/wiki/Hydra_lernejska), za każdym razem, kiedy odcinasz głowę epigenetycznej bestii, wyrasta jej nowa. Najnowsza głowa pojawiła się w piątkowym „Guardianie" w recenzji książkowej napisanej przez Petera Forbesa (http://www.guardian.co.uk/books/2011/aug/19/epigenetic s-revolution-nessacarey-review); chodzi o książkę The Epigenetics Revolution Nessy Carey i Forbes uważa tę książkę za niesłychanie ważną sugerując, że jest częścią rewolucji naukowej i wyraźnie mówiąc, że jest to książka, od której „Darwin by zemdlał". Nie czytałem tej książki i chociaż mogłaby spowodować omdlenie Darwina, gdyby ktoś staruszka wskrzesił, same odkrycia genetyki i mechanizm dziedziczenia znacznie łatwiej spowodowałyby to omdlenie. A ja znam rewolucje naukowe; rewolucje naukowe są moimi przyjaciółmi i uwierzcie mi, epigenetyka nie jest żadną rewolucją naukową (http://en.wikipedia.org/wiki/Senator,_you). Czym więc jest epigenetyka? Określenie to używane jest na dwa różne sposoby. Kiedy byłem młodszy, znaczyło po prostu „genetyka rozwojowa", to jest badanie sposobu w jaki kod DNA genów jest przekładany na budowę ciała i fizjologię organizmów. To, oczywiście, była niesłychanie ważna i fascynująca dziedzina i jest nią nadal. Dotyczy zrozumienia tego, jak geny są włączane i wyłączane w różnych tkankach i komórkach, jak różne geny wchodzą w interakcję ze sobą i jak produkty jednowymiarowej sekwencji informacji potrafią zbudować trójwymiarowe ciało. Te badania gładko przeistoczyły się w nową dziedzinę ewolucyjnej biologii rozwoju („evo-devo"), która próbuje zrozumieć ewolucyjne podstawy genetyki rozwojowej. Sama „evo-devo" doprowadziła oczywiście do ważnych odkryć, jak obecność i zachowanie genów homeoboksowych, używanie tych samych genów raz za razem przy tworzeniu podobnych, ale nie homologicznych cech (np. PAX6 w tworzeniu oczu muchy i oczu kręgowców) oraz liniowe uporządkowanie genów w pewnych organizmach (np. Drosophila), które odpowiada liniowemu uporządkowaniu części ciała, na które wpływają. Tak więc genetyka rozwojowa i evo-devo są fascynującymi dziedzinami, które produkują strumień zaskakujących odkryć. Nie zrobiły jednak niczego, by zmienić istniejący paradygmat ewolucji darwinowskiej. Jest znamienne, że na przykład Sean Carroll, słynny naukowiec zajmujący się „evo-devo" i popularny autor, jest zdecydowanym zwolennikiem neodarwinizmu. Tym, czego dowiadujemy się z tych dziedzin, jest właśnie jak działała ewolucja, żeby ukształtować ciała, niemniej robi to używając losowo tworzonych zróżnicowań i dobrego, starego doboru naturalnego (i tak, Larry Morganie, dryf genetyczny także odgrywa rolę). Sama regulacja genów jest zjawiskiem kształtowanym przez dobór naturalny, a to, jak geny są włączane i wyłączane jest zjawiskiem spoczywającym w genach: w genach, które tworzą DNA lub w białkach, które regulują inne geny, oraz w wielu sposobach, na które geny ewoluują (poprzez, na przykład, ewolucję regionów Racjonalista.pl Strona 1 z 4 regulatorowych), żeby reagować na wewnętrzne wpływy „środowiskowe". Drugie znaczenie „epigenetyki" jest nowsze i dotyczy rzeczywistych zmian w samym DNA, które nie są oparte na zmianach mutacyjnych nukleotydów, ale na środowiskowych modyfikacjach nukleotydów — rzeczy takie jak metylacja zasad nukleotydowych lub zmiany w wiążących się z DNA białkach, takich jak histony — które mogą czasowo modyfikować geny i wpływać na ich działanie. Mówię „czasowo", ponieważ takie środowiskowe modyfikacje DNA, choć mogą być adaptacyjne, na ogół nie są przekazywane następnemu pokoleniu. Na przykład, otrzymujemy nasze geny parami — jeden od matki, drugi od ojca — ale mogą one być inaczej „oznakowane" (techniczne określenie brzmi „napiętnowane") podczas tworzenia się plemnika i jajeczka, a więc kopia od ojca może działać inaczej niż kopia od matki. To piętnowanie jest prawdopodobnie spowodowane doborem naturalnym: naukowcy tacy jak David Haig twierdzą, że różne i sprzeczne „interesy" genów ojcowskich kontra matczynych ukształtowały drogą doboru naturalnego sposób, w jaki są napiętnowane, pozwalając im na różne sposoby funkcjonowania w zarodku. Ale „napiętnowany" gen jest resetowany w każdym pokoleniu: piętnowanie znika i musi uformować się na nowo, zależnie od płci, w której znajduje się gen. Jak jednak argumentowałem wcześniej piętnowanie genów, choć jest niedawno odkrytym zjawiskiem, nie jest „rewolucją" dla naszego poglądu na ewolucję: jest upiększeniem, które nie obala głównej myśli neodarwinizmu. I wiele zjawisk podciągniętych przez to nowoczesne pojęcie „epigenetyki" nadal ewoluuje przez dobór naturalny. Ostatecznie, piętnowanie jest oparte o zmiany w DNA, które w jakiś sposób powodują, że ojcowski DNA jest bardziej (lub mniej) podatny na modyfikacje niż matczyny. Piętnowanie wyewoluowało dzięki zmianom w DNA, mimo że modyfikacje DNA, jakie powoduje, są środowiskowe. W recenzji z książki Careya Forbes (http://www.pforbes.org/), dziennikarz popularnonaukowy, skupia się na drugim, "rewolucyjnym znaczeniu epigenetyki: Geny nie wydają tylko instrukcji: reagują na informacje przychodzące od innych genów, od hormonów i od wskazówek żywieniowych oraz uczenia się. Wiele problemów epigenetyki obraca się wokół odżywiania. Jeśli pijemy dużo alkoholu, enzym, który go metabolizuje, staje się bardziej aktywny [...] Podobny mechanizm stosuje się do znacznej części naszego zachowania. Metody, którymi geny tworzą te odpowiedzi, obejmują często bardzo małe modyfikacje chemiczne (zazwyczaj dodatek maleńkiej grupy metylowej do jednej z zasad DNA). Jest niemal pewne, że pamięć — klasyczny problem wychowania: uczymy się czegoś i staje się to zakodowane biologicznie — obejmuje epigenetykę. Zmiany epigenetyczne, kiedy już zajdą, mogą trwać bardzo długo i dlatego możliwa jest nasza pamięć długoterminowa. Dlaczego jest to „rewolucyjne? Ponieważ niektóre z odziedziczonych zmian w genach wydają się być "lamarckowskie", to jest, nie są one rzeczywiście zmianami w samej sekwencji DNA, ale środowiskowymi modyfikacjami DNA, które mogą przejść z jednego pokolenia do następnego. A gdyby takie „niegenetyczne", środowiskowo nabyte dziedziczenie było powszechne, to byłaby to rewolucja w sposobie, w jakim myślimy o ewolucji. Jakie wiec są dowody na tę „rewolucyjną" koncepcję? Forbes podaje po prostu te same, wymęczone i stare anegdoty, którymi już zajmowałem się wcześniej: Jak dotąd jest to pouczające i obiecujące dla badań medycznych, ale epigenetyka dociera w końcu do momentu „wszystko, co wam mówiono, jest niesłuszne", kiedy twierdzi, że pewne zmiany epigenetyczne trwają tak długo, że sięgają przez wiele pokoleń: mogą być dziedziczone. Lekceważy to jeden z najbardziej hołubionych dogmatów w biologii — wykładany wszystkim studentom — a mianowicie, że zmiany nabyte w ciągu życia nie mogą być przekazane — co jest herezją lamarckizmu. Wydaje się jednak, że narastają dowody, iż w pewnych wypadkach może się to zdarzyć. Są eksperymenty laboratoryjne z myszami i szczurami, w których epigenetyczne wpływy na kolor sierści i otyłość mogą być odziedziczone. Bardziej sugestywne dowody pochodzą z olbrzymiego, mimowolnego i okrutnego eksperymentu, dziejącego się podczas II wojny światowej. W 1944 r., w ostatnich miesiącach wojny, nazistowska blokada, po której nastąpiła wyjątkowo ostra zima, doprowadziła do masowego głodu w Holandii. Miało to olbrzymi wpływ na dzieci urodzone w tym czasie, a wydaje się, że efekty złego odżywiania płodów trwały w kolejnych pokoleniach. No cóż, nie będę chłostać biednego pana Forbesa faktem, że jest to tylko kilka trywialnych przykładów zjawiska, które nie wydają się mieć żadnego znaczenia ewolucyjnego. Ani nie będę chłostać go faktem, że kiedy możemy wyizolować genetyczną podstawę prawdziwej adaptacji w rzeczywistych organizmach, nieodmiennie okazują się one spoczywać na zmianach sekwencji DNA, nie zaś na środowiskowych i nie opartych na DNA modyfikacjach nukleotydów. Oto co powiedziałem we wcześniejszym wpisie (http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2010/03/19/worst-science-jo urnalism-of-the-yeardarwin-com pletely-wrong-again/) o twierdzeniach Olivera Burkemana, że epigenetyka ma głębokie implikacje dla ewolucji (podobnie jak Forbes Burkeman jest dziennikarzem popularno-naukowym): Jedyne, co mogę powiedzieć, to: „Głębokie implikacje — guzik prawda!" Istnieje garść przykładów pokazujących, że zmiany spowodowane przez środowisko mogą przejść z jednego pokolenia do następnego. W niemal wszystkich tych przykładach zmiany znikają po jednym lub dwóch pokoleniach, nie mogły więc one spowodować trwałej zmiany ewolucyjnej. Głosiciele epigenezy jako ważnego czynnika w ewolucji, tacy jak Eva Jablonka i Marion Lamb, zawsze kończą z tymi samymi, wymęczonymi, starymi przykładami, jak przypadki zmiany koloru sierści u myszy i wzory kwiatów lnicy (http:// www.nature.com/nature/journal/v447/n7143/f ull/nature05913.html). Nie znam ani jednego wypadku, w którym adaptacyjna zmiana w organizmie — lub jakakolwiek trwała zmiana w gatunku — spoczywała na dziedziczeniu nieopartym na zmianach w DNA. (Obalenie argumentów na rzecz genetyki, które wysuwają Jablonka i Lamb w swojej książce z 2005 r., patrz Haig [2007].) Ponadto, niektóre przykłady „niegenetycznego" dziedziczenia, gdzie istnieje znaczenie adaptacyjne, jak na przykład zróżnicowanie metylacji ojcowskich kontra matczynych chromosomów, w ostatecznym rachunku spoczywają na zmianach w DNA, które wspierają zróżnicowaną metylację. I to „dziedziczenie" trwa tylko przez jedno pokolenie, ponieważ profil metylacji jest resetowany w każdej płci w każdym pokoleniu. Naprzeciw bardzo niewielu wypadków jedno lub dwupokoleniowego dziedziczenia, które powodują nieadaptacyjne zmiany w fenotypie, znajduje się olbrzymia liczba badań, w których odziedziczone zmiany wewnątrz i między gatunkami dają się zmapować do DNA. Należą do nich wszystkie przypadki ewolucyjnej reakcji na dobór sztuczny lub spowodowany przez człowieka, zmiany adaptacyjne wewnątrz gatunku i różnice między gatunkami zarówno w morfologii (np. różnice barw muszek owocowych, które badam), jak i barierach reprodukcyjnych (wiele badań mapowania genów „sterylności hybryd" i „nieprzeżywalności hybryd"). Burkeman oczywiście nie wspomina o tych badaniach; zrujnowałyby mu jego zgrabną opowieść. Jeśli obejrzymy tylko badania na dziedziczenia zmian organizmalnych, które wyewoluowały w czasie (a wiele z nich odkryłyby głębokie efekty epigenetyczne), przyznane punkty wyglądałyby mniej więcej tak: DNA 757, Epigenetyka 0. (Oczywiście zmyślam te cyfry, żeby pokazać o co chodzi.) Jeśli spojrzymy na wszystkie „odziedziczone zmiany", niezależnie od ich ewolucyjnego znaczenia. znajdziemy garść zmian epigenetycznych kontra dosłownie tysiące zmian opartych na DNA. Jak więc Burkman może mówić, że epigenetyka dogłębnie zrewiduje nasz pogląd na ewolucję? Tak więc, panie Forbes, nasz „hołubiony dogmat" nie-lamarckowskiej dziedziczności nadal trzyma się mocno i źle się pan przysłużył czytelnikom sugerując coś innego. Lamarckizm nie jest „herezją", ale po prostu hipotezą, która się nie ostała, mimo legionów rewolucjonistów ewolucji, twierdzących, że spuszcza ona neodarwinizm wraz z wodą w toalecie. Jeśli „epigenetyka" w tym drugim znaczeniu jest tak ważna dla ewolucji, to poprosimy o listę, powiedzmy, stu adaptacji organizmów, które wyewoluowały w sposób lamarckowski w odróżnieniu od starego, nudnego, neodarwinowskiego sposobu wiążącego się z dziedziczeniem zmian w sekwencji DNA. Forbes nie może przedstawić takiej listy, bo ona nie istnieje. W rzeczywistości nie udaje mi się wymyśleć ani jednej pozycji do takiej listy. Ci dziennikarze popularnonaukowi! Zawsze próbują twierdzić, że Darwin nie miał racji i że ewolucja właśnie stoi przed rewolucyjną zmianą paradygmatu Kuhna. To jednak, czego naprawdę chcą, to poczytność, a nie zdobędziesz czytelników pisząc, że tak się składa, iż konwencjonalna mądrość jest poprawna. Tekst oryginału (http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2011/08/21/is-epigenetics-a -revolution-in-evolution/). Why Evolution Is true, 21 sierpnia 2011 Racjonalista.pl Strona 3 z 4 Jerry Coyne Profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, niedawno wydawnictwo Viking wydało jego książkę pt: Why Evolution is True. (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) Pokaż inne teksty autora (Publikacja: 30-08-2011) Oryginał.. (http://www.racjonalista.pl/kk.php/s,2177) Contents Copyright © 2000-2011 Mariusz Agnosiewicz Programming Copyright © 2001-2011 Michał Przech Autorem portalu Racjonalista.pl jest Michał Przech, zwany niżej Autorem. Właścicielami portalu są Mariusz Agnosiewicz oraz Autor. Żadna część niniejszych opracowań nie może być wykorzystywana w celach komercyjnych, bez uprzedniej pisemnej zgody Właściciela, który zastrzega sobie niniejszym wszelkie prawa, przewidziane w przepisach szczególnych, oraz zgodnie z prawem cywilnym i handlowym, w szczególności z tytułu praw autorskich, wynalazczych, znaków towarowych do tego portalu i jakiejkolwiek jego części. Wszystkie strony tego portalu, wliczając w to strukturę katalogów, skrypty oraz inne programy komputerowe, zostały wytworzone i są administrowane przez Autora. Stanowią one wyłączną własność Właściciela. Właściciel zastrzega sobie prawo do okresowych modyfikacji zawartości tego portalu oraz opisu niniejszych Praw Autorskich bez uprzedniego powiadomienia. Jeżeli nie akceptujesz tej polityki możesz nie odwiedzać tego portalu i nie korzystać z jego zasobów. Informacje zawarte na tym portalu przeznaczone są do użytku prywatnego osób odwiedzających te strony. Można je pobierać, drukować i przeglądać jedynie w celach informacyjnych, bez czerpania z tego tytułu korzyści finansowych lub pobierania wynagrodzenia w dowolnej formie. Modyfikacja zawartości stron oraz skryptów jest zabroniona. Niniejszym udziela się zgody na swobodne kopiowanie dokumentów portalu Racjonalista.pl tak w formie elektronicznej, jak i drukowanej, w celach innych niż handlowe, z zachowaniem tej informacji. Plik PDF, który czytasz, może być rozpowszechniany jedynie w formie oryginalnej, w jakiej występuje na portalu. Plik ten nie może być traktowany jako oficjalna lub oryginalna wersja tekstu, jaki prezentuje. Treść tego zapisu stosuje się do wersji zarówno polsko jak i angielskojęzycznych portalu pod domenami Racjonalista.pl, TheRationalist.eu.org oraz Neutrum.eu.org. Wszelkie pytania prosimy kierować do [email protected]
