Selecţie Naturală versus Drift Genetic Aleator

Post inspirat de "Testing Natural Selection: Part 1" de Larry Moran.

Există 3 tipuri de mutaţii posibile: neutre, dăunătoare şi benefice.

Frecvenţa în calitatea mutaţiilor variază considerabil de la o specie la alta în funcţie de organizarea genomului. În cazul plantelor şi animalelor mare parte din ADN nu pare a fi esenţial, deci majoritatea covârşitoare a mutaţiilor sunt neutre, iar un număr mai mic - cele care tulbură funcţiile esenţiale sunt dăunătoare. Câteva mutaţii pot fi benefice.

Spun că mutaţiile ce au loc în regiunile esenţiale sunt de regulă dăunătoare fiindcă e mult mai probabil ca modificări aleatoare în ADN să aibă efecte negative decât să ajute.

Geneticienii au dezvoltat modele ca să explice atât cum selecţia naturală afectează creşterea frecvenţei unei alele ce aduce avantaje, cât şi cum ar putea să crească frecvenţa alelelor neutre chiar când acestea sunt invizibile selecţiei naturale (nu afectează fitness-ul).

S-a descoperit că selecţia naturală are o componentă stocastică. Alelele folositoare vor fi fixate doar uneori, iar această probabilitate depinde de avantajul pe care îl aduce fitness-ului. De exemplu dacă o alelă aduce 10% avantaj fitness-ului atunci ea va fi fixată în 20% din cazuri. În 80% din cazuri când o astfel de alelă apare într-o populaţie ea va fi pierdută prin drift genetic aleator înainte de a se fixa.

Pe măsură ce avantajul adus fitness-ului scade, probabilitatea fixării devine din ce în ce mai mică astfel că alelele ce aduc doar avantaje reduse (sub 1%)

S-a mai descoperit că prin driftul genetic chiar şi alele dăunătoare pot fi fixate în genom, prin accident, deşi acesta este un eveniment extrem de rar. 

Cum mare parte din genomul plantelor şi animalelor este ne-esenţial, deducem că marea majoritate a alelelor vor fi neutre.

Probabilitatea fixării alelelor neutre (sau aproape neutre) este foarte scăzută, dar fiindcă apar mult mai des decât cele benefice, mare parte din evoluţie este caracterizată de schimbări datorate driftului genetic aleator.

Aşadar la nivel molecular, cel puţin, driftul genetic aleator trebuie să fie mecanismul dominant al evoluţiei.

De exemplu, grupa sangvină este o trăsătură care e complet consistentă cu driftul genetic aleator.

O concluzie ce se poate trage de aici e că procesele evolutive nu-s un miracol, ci ar fi un miracol ca ele să nu funcţioneze de vreme ce în natură mare parte din alelele benefice sunt eliminate oricum înainte să se fixeze într-o populaţie, şi cu toate astea noi stăm aici şi discutăm despre ele - mărturii vii ale evoluţiei.

O altă concluzie importantă e că organismele nu sunt sisteme precise precum programe de calculator, ci sunt dispozitive Rube Goldberg cu extrem de multă redundanţă.

Ce se întâmplă când selecţia nu acţionează? Ai putea crede că din cauză că nu există motive de adaptare specia va rămâne la fel, dar nu-i adevărat. Atunci când selecţia nu acţionează semnificativ, vor fi avantajate organismele cu o mai mare varietate în trăsături. Unele trăsături clasice ale speciei se pot pierde, pe când altele pot apărea fără alt motiv decât că nu contează dacă apar.

Vezi şi:

• Sfârşitul metaforei proiectului genetic
• Cum văd eu Evoluţia

Sfârşitul metaforei proiectului genetic

"The demise of the genetic blueprint metaphor" de Massimo Pigliucci

Metaforele sunt periculoase. Pe de-o parte, pare aproape imposibil să eviţi folosirea lor mai ales în câmpuri abstracte cum ar fi filozofia şi ştiinţa. Pe de altă parte, ele pot foarte uşor să devină înşelătoare dacă sunt acceptate mot-a-mot, ridicând probleme care nu reflectă realitatea lumii naturale, dar sunt doar invenţii perverse a înţelegerii noastre distorsionate a acesteia.

Să luăm de exemplu metafora organismelor vii ca fiind analoage unor artefacte complexe care l-a împins pe William Paley să formuleze cel mai faimos argument în favoarea Creaţionismului - un argument care nu s-a schimbat în mod semnificativ din secolul 18. David hume -- de-a dreptul profetic fiindcă a scris înainte de Paley -- indica că metafora e eronată. Hume susţinea că organismele vii nu sunt ca casurile, ca să folosim analogia lui Paley, nu sunt maşini care sunt asamblate ci sunt fiinţe organice care se dezvoltă treptat, în timp. Argumentul Creaţionist cu privire la "complexitatea ireductibilă" nu demonstrează nimic pentru că se bazează pe metafora maşinii. În alte cuvinte, biochimistul Michael Behe - inventatorul argumentului "complexităţii ireductibile" - nu înţelege cum ar fi putut evolua flagelul bacterian pentru că nu înţelege evoluţia şi insistă să îşi imagineze că flagelul e un "motor de propulsie" analog celor construite de Evinrude.

Chiar şi biologii serioşi (ex: nu cei ca Behe) sunt vinovaţi de promovarea entuziastă a ceea ce e în mod clar o metaforă eronată: ideea că ADN-ul e analog unui "program" de calculator şi că acesta conţine "planşele" necesare construirii organismului. Aşadar ne-am trezit cu afirmaţia hazardată (şi complet nefondată) în urmă cu câţiva ani conform căreia descifrarea genomului uman ne va spune tot ce poate fi ştiut despre "construirea" unei fiinţe omeneşti.

Genomul uman a fost descifrat, şi ceea ce am descoperit e că genele, deşi joacă un rol crucial în dezvoltare, reprezintă doar o componentă din ceea ce este un puzzle vast şi în mare parte nerezolvat.

În mod ironic, ceea ce a dus la decăderea metaforei programului/planşei genetice este studiul serios al genomicii. Un articol recent al lui Tanguy Chouard în "Nature" (20 Noiembrie 2008) explică de ce. Cercetătorii descoperă că ceea ce contează nu sunt atât genele individuale, cât modul în care reţele de gene funcţionează împreună. Să luăm de exemplu gena Bicoid în Drosophila: se credea că e esenţială în stabilirea formei corpului în toate insectele, din cauza efectelor în dezvoltarea formei corpului în musculiţele de oţet. Nimic mai fals, s-a descoperit. Când cercetătorii au căutat gene similare Bicoidei în alte insecte pur şi simplu nu le-au găsit! Se pare că Drosoplila e o excepţie (pericolele alegerii unor organisme drept "model"), şi că în restul speciilor - de la viespi la gândaci - funcţia îndeplinită de gena Bicoid este preluată de rearanjamente minore ale unei mari reţele regulatorii ce cuprinde o mulţime de alte gene.

Conform aceluiaşi articol, biologii încep să documenteze cum evoluţia tranziţionează de la o reţea regulatoare la alta. Investigaţii filogenetice ce aveau ca subiect diferite specii de drojdie, de exemplu, arată etapele intermediare dintr-un aranjament în altul, demonstrând că schimbări majore la nivel genetic pot avea loc cu minime perturbări la nivel fiziologic sau ale altor caracteristici fenotipice.

Cercetătorii au modelat evoluţia unor reţele regulatorii complexe şi au descoperit că orice fenotip particular poate fi descris de un număr imens de genotipuri echivalente dpdv. funcţional, ceea ce înseamnă că evoluţia reţelelor genetice poate fi adesea neutră în ceea ce priveşte fitness-ul unui organism.

Toate astea ar trebui să distrugă odată pentru totdeauna idei ca "program genetic" şi "planşă genetică", totodată invalidând ideea determinismului genetic (în contrast cu "cauzalismul genetic"). Nu există program sau planşă pentru că informaţia relevantă dezvoltării este distribuită între diferite nivele de organizare, incluzând, dar nu limitat la nivelul reţelelor de gene. Fenotipurile sunt de fapt proprietăţi emergente ale interacţiilor gene-gene (şi bineînţeles, gene-mediu). Asta e net diferit comparativ cu programele şi planşele făcute de oameni, care au o relaţie între input şi output similară bijecţiei. De-asta oganismele vii pot să evolueze caracteristică complexă după caracteristică complexă fără să fie nevoie să fie "reproiectate" de la zero. Hume avea dreptate: maşinile pur şi simplu nu-s metafore bune pentru organisme şi e timpul pentru biologii reducţionişti înverşunaţi să treacă mai departe şi să caute metafore mai bune.

Anul Darwin

Sursa: În 2009 îl celebrăm pe cel care a arătat că omul se trage din maimuţă

O menţiune foarte importantă: Omul nu numai că a evoluat din maimuţă, ci ESTE o maimuţă.

În 2009 se împlinesc 200 de ani de la naşterea lui Charles Darwin şi totodată 150 de când naturalistul şi biologul britanic a publicat lucrarea „Originea speciilor” (cu titlul complet "Originea speciilor prin selecţie naturală sau păstrarea raselor favorizate în lupta pentru existenţă"). Drept urmare, Adunarea generală a International Union of Biological Sciences a hotărât ca anul 2009 să fie sărbătorit ca "Anul Darwin".

Fondator al teoriei evoluţioniste, omul de ştiinţă britanic este cel care a demonstrat că speciile evoluează de-a lungul timpului din strămoşi comuni prin procesul numit selecţie naturală.

Timp de cinci ani de zile, el a călătorit cu nava Beagle şi a trecut prin Ţara de Foc, Chile, Peru şi Insulele Galapagos. Şi-a petrecut cea mai mare parte a timpului pe uscat: a studiat geologia, a observat distribuţia geografică a multor specii şi a colecţionat fosile. Nava s-a întors în Marea Britanie în 1836, iar pe baza datelor strânse, a conceput teoria evoluţionistă, potrivit căreia speciile evoluează de la formele simple la cele mai avansate. Noua teorie infirma credinţa că speciile erau fixe şi că erau date o dată pentru totdeauna.

Darwin, cel care a abordat problema sensibilă a originii omului

În autobiografia sa, Darwin scrie că lucrarea lui Malthus, "Eseu despre principiul populaţiei", l-a influenţat foarte mult: „Fiind bine pregătit pentru a înţelege lupta pentru existenţă care se desfăşoară peste tot datorită lungilor observaţii ale habitatelor animalelor şi plantelor, mi-a venit dintr-o dată ideea că în aceste condiţii variaţiile favorabile vor tinde să se păstreze, iar cele nefavorabile să se distrugă. Rezultatul ar fi formarea de noi specii.”

Carol Căpiţă, lector doctor la Facultatea de Istorie a Universităţii din Bucureşti, specializat în preistorie şi antropologie, explică relevanţa teoriei lui Darwin pentru mediul ştiinţific: "În momentul actual, cred că un bun câştigat de care nu ne putem despărţi, indiferent de ipotezele de lucru pe care le acceptăm, este tocmai acela că speciile evoluează în funcţie de mediu. Câştigul pe care îl avem astăzi de la Darwin este legat tocmai de faptul că introduce în ecuaţie problematica mediului".

Teoria lui Darwin este enunţată în introducerea cărţii "Originea speciilor", publicată în anul 1859 : “Deoarece se nasc mai mulţi indivizi din fiecare specie decât pot supravieţui şi, în consecinţă, se ajunge frecvent la lupta pentru existenţă, rezultă că orice fiinţă, dacă se schimbă oricât de puţin într-o manieră profitabilă pentru ea, datorită condiţiilor de viaţă complexe şi uneori schimbătoare, ea va avea şanse mai mari să supravieţuiască şi astfel să fie selectată natural. Datorită principiului eredităţii, orice schimbare selectată va tinde să se propage în noua formă modificată.”

Darwin a susţinut şi originea animală a omului ("Originea omului şi selecţia sexuală", 1871): "Meritul special al lui Darwin este ridicarea problemei dacă nu cumva însăşi specia umana nu respectă aceste reguli. Teoreticienii dinaintea lui, în special Lamarck sau Cuvier, ezitasera să ridice problema speciei umane”, arată Căpiţă.

Astăzi, scrierile lui Darwin, alături de genetica lui Gregor Mendel, formează baza biologiei moderne.

"Să-l acuzi pe Darwin că e de vină pentru nazism este ridicol" 

Faima şi popularitatea lui Darwin au făcut ca numele său să fie asociat cu idei şi mişcări care nu aveau decât o relaţie indirectă cu scrierile sale, iar alteori erau tocmai împotriva ideilor lui. De exemplu, naturalistul britanic a fost acuzat că prin lucrările sale a contribuit la apariţia nazismului şi a ideii de "rasă dominantă". 

"Rădăcinile profunde, intelectuale, ale naţional-socialismului nu trebuie găsite la Darwin. Dimpotrivă. Să-l acuzi pe Darwin că e de vină pentru nazism este ridicol. Pur şi simplu ăsta este termenul cel mai bun. Cu atât mai mult cu cât ideea lui Darwin, nemărturisită, dar subiacenta cumva, este că totuşi, indiferent de naţiune, suntem aceiaşi. Este exact împotriva naţional-socialismului. Este exact pe dos", spune Căpiţă. 

În plus, el se întreabă în ce măsură un cercetător este responsabil de uzul sau abuzul creaţiei sale: "Omul de ştiinţă nu poate opri pe cineva să-l citeasă prost. Ar fi fost nevoie de încă zece cărţi pentru a explica cum să nu fie citit. Iar Darwin nu mai e printre noi să se apere." 

Recunoaşterea meritelor lui Darwin

În tot secolul al XIX-lea, au existat numai cinci pesonalităţi care nu aparţineau Casei Regale din Marea Britanie şi care au fost onorate cu o înmormântare de stat. Darwin s-a numărat printre ele: a fost înmormântat la Westminster Abbey, în apropierea lui Newton.

În 1992, naturalistul s-a aflat pe locul 16 în lista lui Michael H. Hart a celor mai influente personalităţi din istorie şi a fost al patrulea în cadrul proiectului "Cei mai mari 100 de britanici", sondaj de opinie realizat de BBC.

Pentru a-l celebra pe marele naturalist, Marea Britanie va emite la anul o monedă comemorativă de două lire ce îl înfăţişează pe Darwin faţă în faţă cu o maimuţă, înconjuraţi de inscripţia 1809 DARWIN 2009.

Vezi şi: Evolution - 24 myths and misconceptions