Ewolucja jest faktem. Ewoluuje także sama teoria ewolucji. W ostatnich latach do nauki wraca koncepcja, która przez ponad sto lat uchodziła za błędną. Okazuje się bowiem, że pomaga wyjaśnić zjawiska, które – zgodnie z klasyczną teorią ewolucji – nie powinny występować

Chodzi o lamarkizm, nazwany od francuskiego biologa Jeana-Baptiste’a Lamarcka, który przedstawił swoją teorię w 1809 roku. Zgodnie z nią organizmy mogą nabywać nowe cechy lub doskonalić już istniejące w odpowiedzi na warunki środowiska, a następnie przekazywać te zmiany potomstwu. Dzięki temu kolejne pokolenia są lepiej przystosowane do życia w podobnych warunkach.

Lamarck próbował wyjaśnić, dlaczego organizmy są tak dobrze dopasowane do swojego środowiska oraz jak zmieniały się w czasie, co pokazywały skamieniałości. Pół wieku później alternatywne wyjaśnienie zaproponował Charles Darwin (oraz inni badacze), opierając teorię ewolucji na doborze naturalnym. Według niej osobniki w obrębie gatunku różnią się między sobą, a te, które dzięki wrodzonym cechom lepiej radzą sobie w środowisku, częściej przeżywają i wydają potomstwo.

Darwin zakładał, że jeśli takie korzystne cechy są dziedziczne, to w kolejnych pokoleniach będzie przybywać osobników lepiej przystosowanych do środowiska. W ten sposób populacja stopniowo ewoluuje.

Z czasem teoria Lamarcka została odrzucona. Przełomowym momentem był eksperyment niemieckiego biologa Augusta Weismanna z 1904 roku. Badacz obcinał ogony dorosłym szczurom przed ich rozmnażaniem, oczekując, że jeśli cechy nabyte są dziedziczne, ich potomstwo będzie rodzić się bez ogonów. Tak się jednak nie stało, mimo że doświadczenie powtarzano przez wiele pokoleń. Przez dziesięciolecia podręczniki biologii przedstawiały ten eksperyment jako ostateczne obalenie lamarkizmu.

Gdzie darwinizm nie wystarcza

Okazuje się jednak, że Lamarck nie mylił się całkowicie.

Dobrym przykładem jest niewielki nicień Caenorhabditis elegans. Gdy dorosły osobnik zostanie wystawiony na działanie wirusów, bakterii, głodu lub wysokiej temperatury, z czasem lepiej radzi sobie z tym stresem. Co zaskakujące, jego potomstwo również od urodzenia wykazuje większą odporność. Podobnie dzieje się w kolejnych pokoleniach.

Mechanizm tego zjawiska wiąże się z niewielkimi cząsteczkami RNA. Pod wpływem stresu organizm produkuje tzw. małe RNA, które regulują aktywność genów odpowiedzialnych za reakcję obronną. Podczas rozmnażania cząsteczki te trafiają do komórek jajowych, dzięki czemu potomstwo dziedziczy przygotowanie do radzenia sobie z tym samym zagrożeniem.

Można to porównać do sytuacji, w której człowiek zaszczepiony przeciw grypie lub odrze przekazuje nabytą odporność wszystkim swoim dzieciom i wnukom. Jeszcze do niedawna sądzono, że takie epigenetyczne znaczniki są podczas rozmnażania całkowicie usuwane, a każde pokolenie musi budować swoją odporność od początku. Okazuje się jednak, że część nabytych zmian może być dziedziczona. W praktyce oznacza to realizację jednego z podstawowych założeń lamarkizmu.

Podobnych przykładów jest znacznie więcej. Obecnie istnieją dziesiątki, a nawet setki badań pokazujących podobne zjawiska u bakterii, roślin i zwierząt. Przykładowo ryż poddawany działaniu niskiej temperatury zyskuje trwałą odporność na chłód dzięki zmianom epigenetycznym, polegającym na dołączaniu chemicznych znaczników do DNA. Dzięki temu roślina mogła rozprzestrzenić się daleko poza tropiki.

Za formę lamarkizmu można uznać również przekazywanie wyuczonych zachowań. Gdy samice orek uczą się polować na nowy rodzaj ofiary, na przykład foki zamiast łososi, ich młode przejmują tę strategię. Zjawisko okazało się tak trwałe, że mogło przyczynić się nawet do powstania odrębnych gatunków orek.

Czy Darwin się mylił?

Nie, Dariwin się nie mylił. Dobór naturalny nadal bardzo dobrze wyjaśnia większość procesów ewolucyjnych. Jak argumentuję w swojej książce The Selective Organism: an Expanded Theory of Adaptive Evolution, dziedziczenie cech nabytych należy jednak traktować jako drugi mechanizm ewolucji, działający równolegle z doborem naturalnym.

W ujęciu darwinowskim organizmy są przede wszystkim przedmiotem selekcji – środowisko „testuje” ich cechy i faworyzuje najlepiej przystosowane osobniki.

W ujęciu lamarkowskim organizmy stają się natomiast aktywnymi uczestnikami selekcji. W odpowiedzi na warunki środowiska wybierają spośród wielu możliwych reakcji te, które zwiększają ich szanse przeżycia.

Nicień C. elegans może na przykład wytwarzać wiele różnych cząsteczek RNA. To środowisko decyduje, które z nich okażą się najbardziej użyteczne. W tym sensie także lamarkowskie nabywanie cech można uznać za pewną formę selekcji.

Dwie teorie zamiast jednej

W książce przedstawiam jeszcze jeden argument. Jeżeli organizm potrafi przekazywać potomstwu korzystne cechy nabyte za życia, zwiększa to szanse przeżycia kolejnego pokolenia. A jeśli tak, to sama zdolność do takiego przekazywania również powinna podlegać doborowi naturalnemu. Paradoksalnie więc darwinizm przewiduje, że zdolność opisywana przez Lamarcka mogła sama wyewoluować.

Obie koncepcje nie muszą się więc wykluczać. Przeciwnie – mogą się uzupełniać i razem lepiej wyjaśniać ewolucję organizmów.

Dobór naturalny jest często określany jako jedna z najważniejszych idei w historii nauki. Pomógł nie tylko wyjaśnić funkcjonowanie świata przyrody, lecz także usprawnić hodowlę roślin i zwierząt oraz walkę z narastającą opornością bakterii na antybiotyki. Uwzględnienie mechanizmów lamarkowskich może jeszcze poszerzyć te możliwości.

Jeżeli warunki środowiska – gleba, klimat, pasożyty czy drapieżniki – wpływają nie tylko na organizm, ale również na jego potomstwo, można będzie opracować nowe metody zwiększania wydajności rolnictwa. Podobne próby już trwają. W Australii naukowcy celowo wystawiają koralowce na działanie wysokiej temperatury, aby wywołać zmiany epigenetyczne zwiększające ich odporność na fale upałów.

Jeżeli natomiast zachowania rodziców wpływają na ryzyko otyłości czy uzależnień u dzieci, programy profilaktyczne mogą przynosić korzyści nie tylko osobom objętym pomocą, ale również kolejnym pokoleniom.

Po ponad dwustu latach być może nadszedł więc czas, aby ponownie włączyć lamarkizm do współczesnej teorii ewolucji – nie zamiast darwinizmu, lecz jako jego ważne uzupełnienie.

Artykuł Updating Darwin: biologists are returning to an older theory to explain anomalies in evolution ukazał się w serwisie The Conversation. 

• Nauki biologiczne i rolnicze