Bacteriile devin tot mai rezistente la antibiotice, unii fluturi și pești dezvoltă noi colorituri pentru un camuflaj superior, iar o serie de experimente de laborator relevă schimbări mici, dar semnificative în diverse microorganisme. Sunt toate acestea dovezi concludente ale evoluţiei, care se derulează chiar sub ochii noștri?

Articolul precedent a explorat câteva dintre problemele pe care modelul selecţiei naturale le întâmpină atunci când vine vorba de procesul de răspândire a unei mutaţii aleatorii într-o populaţie. Am subliniat atunci că selecţia naturală este o forţă care se manifestă în mod real în natură, dar este discutabil în ce limite poate acţiona ea, chiar și raportat la un timp îndelungat, de milioane de ani. Pentru gândirea evoluţionistă, aceste limite nu există, selecţia naturală având capacitatea de a transforma o celulă primordială într-un un ecosistem de viaţă cât toată planeta, dacă i se permite suficient timp. Dar pot fi aduse și dovezi testabile în acest sens? A fost evoluţia naturalistă observată experimental măcar o dată? Din perspectivă evoluţionistă, răspunsul este unul afirmativ: evoluţia a fost observată experimental în numeroase studii ale ecosistemelor naturale și în experimente controlate. Aceste observaţii ar fi confirmat procesul de acumulare de informaţie funcţională nouă prin mutaţii aleatorii supuse unei presiuni selective[1]. În cele ce urmează, vom trece în revistă principalele tipuri de dovezi proevoluţie aduse de fenomenul microevoluţiei.

Microevoluţia

Simplificat, microevoluţia este fenomenul de modificare spontană a unei specii, realizată în pași mici și pe perioade relativ scurte de timp, fără ca specia să se despartă în mai multe specii distincte. Procesul de divergenţă a unei specii în două specii distincte se numește „speciaţie” și se consideră că poate avea loc atunci când o subpopulaţie este izolată reproductiv de populaţia principală pentru suficient de mult timp, de exemplu datorită înălţării unui lanţ muntos care le separă. Astfel microevoluţia ar acumula independent mutaţii aleatorii diferite în genomurile celor două grupuri, până când diferenţele genetice dintre ele devin suficient de mari, încât cele două grupuri pot fi considerate două specii distincte.

Puţin mai riguros, dar și mai revelator, microevoluţia este definită doar ca o variaţie a frecvenţei prezenţei tipurilor de gene dintr-o populaţie[2], atâta timp cât nu produce speciaţie. O genă are, de regulă, mai multe forme distincte răspândite într-o populaţie, iar aceste forme distincte ale genei se numesc „alele”. De exemplu, dacă o genă este prezentă într-o populaţie[3] în variantele (sau alelele) A și B, cu frecvenţe de 20%, respectiv 80%, iar peste câteva generaţii aceste frecvenţe sunt măsurate la 30%, respectiv 70%, atunci această fluctuaţie de frecvenţă este văzută ca microevoluţie. Este ușor de văzut cum această definiţie aproape garantează permanenţa procesului de microevoluţie al unei specii, deoarece este foarte probabil ca frecvenţa prezenţei alelelor într-o populaţie să fie diferită de la o generaţie la alta.

Dar ce legătură are o variaţie de frecvenţă a prezenţei unor alele preexistente într-o populaţie cu acumularea în pași mici de informaţie nouă, sub formă de mutaţii aleatorii? Este revelator pentru modul de gândire evoluţionist felul în care această definiţie „ascunde” problema grea a generării de informaţie funcţională nouă din mutaţii la întâmplare, într-un limbaj formal riguros, dar în esenţă neputincios. Atunci când apare o mutaţie nouă într-o genă, se consideră că aceasta produce doar o alelă a acelei gene. Alela avea înainte o frecvenţă nulă a prezenţei, adică lipsea cu desăvârșire din populaţie, iar acum are o frecvenţă nenulă, adică este prezentă iniţial la individul la care a apărut mutaţia, iar de aici își poate crește frecvenţa prin răspândire în populaţie, peste generaţii. Dacă numim această alelă „C”, în exemplul de mai sus, este ca și cum am măsura schimbarea în câteva generaţii a frecvenţei alelelor A, B și C, de la 30%, 70%, respectiv 0%, la 30%, 69%, respectiv 1%, de exemplu. Observăm astfel că definiţia microevoluţiei este din start construită ingenios în sprijinul teoriei evoluţiei: pe de o parte, definiţia se referă la un fenomen evident real și verificabil, în sensul că frecvenţele prezenţei alelelor într-o populaţie fluctuează într-adevăr de la o generaţie la alta, iar pe de altă parte definiţia echivalează implicit și forţat acest proces cu adăugarea de informaţie funcţională nouă, în pași mici, așa cum e necesar teoriei evoluţiei.

Macroevoluţia

Din punct de vedere evoluţionist, microevoluţia este strâns legată de conceptul complementar al macroevoluţiei, care se ocupă cu procesele pe termen lung ale evoluţiei: procesul de speciaţie (facilitat de factori de mediu ce duc la izolarea reproductivă a unei subpopulaţii) și procesul de dezvoltare de structuri și funcţii biologice noi (sau modificate semnificativ). Pe scurt, macroevoluţia este în general considerată a fi rezultatul microevoluţiei acţionând pe perioade lungi de timp. Există însă multe indicii din raportul fosilelor[4] și din asemănările genetice dintre specii[5] care contrazic o macroevoluţie lentă și graduală. Din această cauză s-a formulat teoria că macroevoluţia nu se reduce exclusiv la extrapolarea microevoluţiei pe termen lung, ci s-ar putea întâmpla și rapid, în salturi ample, deși nu este foarte clar cum anume[6]. În general însă, teoria evoluţiei consideră micro și macroevoluţia ca fiind în esenţă același fenomen al evoluţiei privit din perspective diferite de timp.

Deși nu a fost întotdeauna așa, astăzi microevoluţia este acceptată chiar și de majoritatea celor care cred într-un Creator inteligent al vieţii, însă aceștia o consideră o variabilitate intrinsecă a speciilor în cadrul unor limite de nedepășit. Părerile sunt împărţite în ceea ce priveşte care sunt aceste limite și care sunt factorii care limitează microevoluţia, dar consensul creaţionist este că macroevoluţia nu este un fenomen real și nu decurge în mod necesar din microevoluţie. În lipsa unor argumente sistematizate și convingătoare care să justifice aceste limite asupra macroevoluţiei, de ce – întreabă evoluţioniștii – un proces care produce evoluţie la scara „micro” nu ar putea produce evoluţie la scară „macro”, dacă este lăsat suficient de mult timp să acţioneze? Dacă cineva folosește procesul „mersului” pentru a se deplasa din dormitor la bucătărie, nu poate acea persoană folosi același proces pe termen mult mai lung, pentru a ajunge de la Boston la Los Angeles[7]? Acesta este un argument valid, care merită un răspuns adecvat.

Exemple de microevoluţie

Microevoluţia este un fenomen destul de bine documentat, de la celebrul caz al variatelor tipuri de cinteze, observate de Darwin pe insula Galapagos, până la temutul bacil MRSA (stafilococul auriu), care ameninţă azi tot mai mulţi pacienţi ai spitalelor, prin rezistenţa pe care dobândit-o la aproape toate antibioticele cunoscute. Richard Dawkins, poate cel mai de seamă promotor al teoriei evoluţiei în prezent, prezintă în ultima sa carte[8] câteva cazuri de microevoluţie cu adevărat reprezentative pentru susţinerea teoriei evoluţiei.

Elefanţii din Uganda. În decursul a 32 de ani de măsurători periodice efectuate asupra populaţiei de elefanţi din rezervaţiile naturale din Uganda, s-a observat că lungimea medie a colţilor de fildeș a scăzut constant de la an la an. Într-un scenariu normal al selecţiei naturale, elefanţii cu colţii mai mari au un avantaj selectiv în faţa celor mai puţin dotaţi. Însă, între timp, a intervenit factorul uman – vânătorul de elefanţi care caută fildeșul – ca atare, animalele cu colţii mai mari sunt mai vânate decât cele cu colţii mai mici, iar acest factor oferă un avantaj selectiv celor din urmă. Judecând așa, este tentant ca schimbările în lungimea medie a colţilor să fie atribuite microevoluţiei și presiunii selective umane, doar că apare o problemă. În general, este de așteptat ca schimbările evolutive să fie cu atât mai ușor de observat cu cât membrii speciei studiate au o durată medie de viaţă mai scurtă și astfel încap mai multe generaţii în durata-limitată a experimentului. Dacă ar fi să îi comparăm cu bacteriile, o căror durată medie de viaţă se măsoară, de regulă, în ore, elefanţii au o durată medie de viaţă imensă, de 45 de ani. Așadar, dacă la o populaţie de bacterii, care trece prin zeci de mii de generaţii în trei decenii, am putea să ne așteptăm să observăm unele schimbări datorate microevoluţiei, pentru elefanţi, cele trei decenii nu reprezintă decât câteva generaţii. Din acest motiv, Dawkins ezită să se pronunţe categoric, ci doar speculează că este posibil ca scăderea colţilor elefanţilor din Uganda să fie un exemplu de microevoluţie care se întâmplă „ultrarapid”. Dar nu este oare prea rapid pentru o evoluţie naturală?

Șopârlele din Croaţia. În 1971, pe insula croată Pod Kopiste trăia o specie de șopârlă insectivoră, numită Podarcis sicula, care nu se găsea pe insula învecinată, Pod Mrcaru. În acel an, câţiva cercetători au transportat 5 perechi de Podarcis sicula de pe Pod Kopiste pe Pod Mrcaru și le-au lăsat acolo. În 2008, după 37 de ani, un alt grup de cercetători a ajuns pe insula Pod Mrcaru pentru a studia rezultatele. Au găsit acolo o populaţie bogată de Podarcis sicula, dar cu niște diferenţe notabile faţă de populaţia originară, de pe Pod Kopiste. Șopârlele se schimbaseră din predominant insectivore în predominant vegetariene pe noua insulă. Schimbarea de alimentaţie se pare că „antrenase” și alte schimbări: capul era mai mare, cu mușchi mai dezvoltaţi, capabili să producă o mușcătură mai puternică. La disecţie, sistemul digestiv părea și el modificat: în cecumul atașat tubului intestinal, se puteau observa chiar și valve cecale. Acestea sunt structuri morfologice comune animalelor ierbivore specializate, care eficientizează funcţia cecumului[9]. Iar toate acestea s-au întâmplat în 37 de ani, care se traduc în doar 18-19 generaţii de șopârle, dacă luăm în calcul durata lor medie de viaţă de 2 ani. Dawkins privește entuziast la rapiditatea uimitoare cu care au apărut aceste modificări documentate știinţific și le declară, fără ambiguitate, un exemplu de „evoluţie sub ochii noștri”.

 

 

 

 

 

 

 

 

Peștii Guppy sunt o specie tropicală de pești de mici dimensiuni, foarte populari pentru acvariștii din întreaga lume, dintr-un motiv simplu: masculii pot fi foarte intens coloraţi, cu cozi mari și extravagante. Deși constituie un dezavantaj major când încerci să fugi sau să te ascunzi de alţi pești răpitori, aceste caracteristici sunt, se pare, foarte apreciate de femelele Guppy. Aceasta este scena presiunilor selective pentru masculii Guppy: avem presiunea selectivă a preferinţelor femelelor pentru un colorit cât mai strident, care se opune presiunii selective din partea prădătorilor spre un colorit asemănător cu mediul, cât mai propice camuflării. Etologul și biologul evoluţionist John Endler a urmărit schimbările pe care peștii Guppy le manifestă atât în pârâurile din mediul lor natural, cât și în condiţii naturale simulate (iazuri în sere cu temperatură controlată). Dawkins sintetizează rezultatele experimentelor pe care Endler le-a derulat timp de mai mulţi ani, observând că, atunci când mediul nu conţine prădători, masculii Guppy tind să devină mai extravagant coloraţi, datorită presiunii selective a femelelor. Când sunt prezenţi prădători însă, coloratura masculilor, peste generaţii, tinde să copieze tipul de pietriș care se află pe fundul apei, realizând un camuflaj formidabil. Datorită faptului că aceste schimbări de adaptare au fost observate în populaţii de pești în timp foarte scurt, de la câteva luni la câţiva ani, Dawkins conchide din nou că este vorba de evoluţie care se întâmplă chiar în faţa ochilor noștri.

Evoluţie accelerată în laborator

Durata medie de viaţă pentru peștii Guppy și șopârlele Podarcis sicula este de 2 ani, iar pentru elefanţi este de 45 de ani. Dacă pentru acestea se pot observa atât de multe schimbări evolutive, în termene de ani și decenii, să ne imaginăm ce am putea observa la bacterii, care pot avea o durată medie de viaţă de doar câteva ore – ne îndeamnă Dawkins, în introducerea făcută la principalul exemplu de microevoluţie observată pe care îl aduce: experimentul de evoluţie pe termen lung al bacteriologului Richard Lenski, de la Universitatea Statului Michigan, SUA.

Experimentul pornește de la o cultură de bacterii E.Coli, cu care Richard Lenski a „infectat” 12 medii distincte, dar care conţineau aceeași combinaţie de nutrienţi, între care și glucoza. Într-o veritabilă demonstraţie de perseverentă și minuţiozitate, echipa lui Lenski s-a dedicat următorului ritual zilnic, neîntrerupt din 1988 și până astăzi (experimentul continuă și în prezent): pentru fiecare dintre cele 12 culturi, la sfârșitul zilei, se prelevează o mostră de bacterii și se pune într-un mediu nutritiv proaspăt, dar identic cu mediile din trecut. Ce rămâne se aruncă, dar nu înainte de a separa o altă mostră de bacterii pentru îngheţare și stocare: în timp, aceste mostre formează un fel de „raport al fosilelor” pentru evoluţia experimentului. Principalul nutrient pe care E. Coli îl poate metaboliza din acest mediu este glucoza, iar aceasta este dozată să fie insuficientă şi să ajungă doar până pe la mijlocul zilei următoare. Rezultă că fiecare linie de bacterii este supusă unui ciclu zilnic de bunăstare și foamete, care, pe termen lung, ar trebui să formeze condiţii ideale pentru a produce evoluţie prin selecţie naturală. De la începutul experimentului până astăzi, au trecut peste 45.000 de generaţii de bacterii. Care sunt rezultatele?

În primul rând, fiecare dintre cele 12 linii de bacterii au devenit, în timp, tot mai eficiente în a metaboliza glucoza, lucru care era de așteptat. Cumva, bacteriile din toate cele 12 culturi „au decis” că modalitatea de a deveni mai eficiente este aceea de a-și crește volumul. Cele 12 culturi nu și-au crescut dimensiunea medie a unei bacterii în același ritm, dar trendul pentru fiecare a fost constant pozitiv, iar în cele din urmă, s-au plafonat la un anumit nivel, diferit pentru fiecare linie în parte. Ce este mai interesant este că două dintre culturi au urmat precis același trend de creștere a dimensiunii. Este deci foarte probabil ca, oricare ar fi fost schimbările responsabile, aceste două linii să fi urmat exact aceleași schimbări și în aceeași ordine, în mod independent una de alta. La o analiză mai atentă, s-a observat că aceleași 59 de gene și-au schimbat nivelul de exprimare în cele două linii de bacterii. Mai mult, felul în care s-a modificat nivelul de exprimare a fiecăreia din cele 59 de gene, fie diminuat, fie în exces, a fost la identic între cele două linii de bacterii. Dawkins consideră că șansele ca un asemenea paralelism microevolutiv perfect să apară „la întâmplare” sunt de neconceput și conchide că, de vreme ce s-a întâmplat „sub ochii noștri”, în ciuda tuturor șanselor, atunci nu a apărut la întâmplare, așa cum ar susţine creaţioniștii, ci avem de-a face cu un impresionant exemplu al „puterii” selecţiei naturale în evoluţie. Vom analiza mai târziu această interpretare.

Însă nu acesta este cel mai interesant aspect al experimentului. După aproximativ 33.000 de generaţii, una dintre cele 12 culturi a început să arate, brusc, un comportament extraordinar: zilnic, nivelul maxim de densitate a bacteriilor din această linie ajungea să fie de şase ori mai mare decât cel normal. Era ca și cum bacteriile din această linie ar fi primit cu mult mai multă hrană decât celelalte. Bineînţeles nu aceasta se întâmplase. Mediul de nutrienţi nu conţinea doar glucoză, ci și cantităţi mari de citrat, substanţă pe care bacteriile E. coli nu o pot metaboliza în prezenţa oxigenului, așa cum era cazul când a început Lenski experimentul. S-a descoperit însă că această linie de E.coli a dobândit cumva capacitatea de a metaboliza citratul din compoziţia de nutrienţi și astfel a avut acces la o cantitate mult mai mare de hrană. Investigaţii amănunţite demarate de unul dintre studenţii lui Lenski pe mostrele de bacterii îngheţate din istoria „raportului fosil” al experimentului au relevat un fapt și mai surprinzător[10]. Abilitatea de a metaboliza citratul nu a venit într-un singur pas mutaţional, ci a fost permisă de un pas pregătitor, care se produsese cam după 20.000 de generaţii.

În rezumat, mutaţiile necesare metabolizării citratului au venit în doi pași, A și B, în jurul generaţiilor 20.000, respectiv 33.000. Dawkins subliniază că acest rezultat este un exemplu suprem de dobândire a unei funcţii noi prin microevoluţie observată în laborator, fără a-și ascunde satisfacţia că astfel se invalidează și argumentele de tip „complexitate ireductibilă” aduse de creaţioniști. Prin complexitate ireductibilă se argumentează că o funcţie biologică complexă nu poate evolua treptat, deoarece ea se poate manifesta doar după ce o serie de subsisteme devin disponibile simultan, fiecare subsistem în parte neavând nicio funcţie biologică luat separat. Și totuși – exulta Dawkins – în experimentul lui Lenski vedem exact apariţia unei funcţii noi (metabolizarea citratului) din două „subsisteme” de mutaţii, A și B, fiecare în parte fără valoare selectivă individuală. Rămâne să analizăm dacă argumentul complexităţii ireductibile este cu adevărat invalidat experimental sau dacă nu cumva experimentul indică și spre alte interpretări.

Evoluţia din ochii privitorului

Până acum, am schiţat în linii mari ce se înţelege prin microevoluţie și am dat câteva exemple reprezentative, alese chiar de unul dintre cei mai sonori evoluţioniști ai momentului. Am descris care sunt principalele tipuri de dovezi proevoluţie aduse de experimente și observaţii directe, deocamdată fără a le combate și fără a prezenta o perspectivă creaţionistă.

Au rămas multe întrebări pentru articolul următor: Arată aceste dovezi în mod obligatoriu spre modul în care o informaţie „nouă” și biologic funcţională își poate face loc în genom prin procese microevolutive, lucrând cu schimbări genetice la întâmplare? Este macroevoluţia un rezultat inevitabil în timp al microevoluţiei? Dacă nu, care sunt limitele microevoluţiei și cum le putem testa experimental? Putem interpreta dovezile proevoluţie și din perspectiva funcţionării unui mecanism creat inteligent, cu anumite capacităţi spre variabilitate, pentru a putea ocupa nișe ecologice diverse? Este acest tip de argumentaţie creaţionistă cumva nefondat în dovezi sau este cel puţin la fel de fondat ca perspectiva evoluţionistă? Cum putem distinge între cele două modele?

În articolul următor, vom vedea cum elementul central este „informaţia” și cum un proces folosit de oameni de milenii, selecţia artificială, poate clarifica dramatic multe dintre misterele microevoluţiei.

Footnotes
[1]„Presiunea selectivă poate fi pozitivă, promovând o mutaţie benefică, sau negativă, penalizând o mutaţie detrimentală. Sursa presiunii selective poate fi atât selecţia naturală, cât și selecţia artificială indusă de om.”
[2]„«What is microevolution?» – parte a resurselor online despre evoluţie de la Berkley University (http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0_0/evoscales_02)”.
[3]„ Pentru simplitate considerăm doar o populaţie cu genom haploid în care suma frecvenţelor alelelor unei gene este întotdeauna 100%”.
[4]„De exemplu, faptul că aproape toate clasele mari de organisme apar brusc în coloana geologică, fără forme premergătoare în straturile inferioare.”
[5]„Este un fenomen comun ca diferite gene să indice istorii evolutive diferite pentru același grup de specii.”
[6]„Vezi teoria echilibrului punctat sau presupunerile de transferuri laterale de gene între specii, pentru încercări teoretice de a rezolva contradicţiile.”
[7]„Ilustraţie și argumentaţie preluate de la Raţional Wiki (http://rationalwiki.org/wiki/Microevolution).”
[8]„Richard Dawkins, “The Greatest Show on Earth” (capitol “Before our very eyes”), Free Press – Transworld, 2009”.
[9]„Oamenii au și eu un cecum, dar atrofiat: apendicele.”
[10]„Blount Z.D., Borland C.Z. and Lenski R.E., «Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli», Proceedings of the Naţional Academy of Sciences, 2008”.

„Presiunea selectivă poate fi pozitivă, promovând o mutaţie benefică, sau negativă, penalizând o mutaţie detrimentală. Sursa presiunii selective poate fi atât selecţia naturală, cât și selecţia artificială indusă de om.”
„«What is microevolution?» – parte a resurselor online despre evoluţie de la Berkley University (http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0_0/evoscales_02)”.
„ Pentru simplitate considerăm doar o populaţie cu genom haploid în care suma frecvenţelor alelelor unei gene este întotdeauna 100%”.
„De exemplu, faptul că aproape toate clasele mari de organisme apar brusc în coloana geologică, fără forme premergătoare în straturile inferioare.”
„Este un fenomen comun ca diferite gene să indice istorii evolutive diferite pentru același grup de specii.”
„Vezi teoria echilibrului punctat sau presupunerile de transferuri laterale de gene între specii, pentru încercări teoretice de a rezolva contradicţiile.”
„Ilustraţie și argumentaţie preluate de la Raţional Wiki (http://rationalwiki.org/wiki/Microevolution).”
„Richard Dawkins, “The Greatest Show on Earth” (capitol “Before our very eyes”), Free Press – Transworld, 2009”.
„Oamenii au și eu un cecum, dar atrofiat: apendicele.”
„Blount Z.D., Borland C.Z. and Lenski R.E., «Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli», Proceedings of the Naţional Academy of Sciences, 2008”.