krępak nabrzozak Najsłynniejszym przykładem jest krępak nabrzozak. Przed rewolucją przemysłową w Anglii owady te miały białe, nakrapiane ciała, co stanowiło adaptacyjny kamuflaż pozwalający im się ukryć na tle porostów na pniach drzew. W XIX wieku jednak zanieczyszczenia z młynów Manchesteru i innych ośrodków przemysłowych spowodowały przyczernienie lokalnych drzew i wyginięcie porostów.
Wśród krępaków występują osobniki o ciemnym zabarwieniu, które jest wynikiem mutacji w genie odpowiedzialnym za wytwarzanie barwnika – melaniny. Były one bardzo rzadkie w początku XIX wieku, stanowiąc mniej więcej 0,01% populacji: był to piękny przykład dużej mutacji, która obniżała fitness, gdyż czarna ćma była wyraźnie widoczna, zatem szybko zjadana przez ptaki. Do roku 1848 jednak czarnych było już 2% ciem w okolicach Manchesteru, a do 1895 – 95%. Zmiana środowiska, w którym obecnie dominowały drzewa pokryte sadzą, dała ciemnemu allelowi przewagę adaptacyjną.
Angielski genetyk, J.B.S. Haldane obliczył, że niemal całkowite przejęcie populacji ciem przez ciemny allel wymagałoby, żeby ze względu na swój kolor czarne owady miały szanse przetrwania i rozmnożenia się 1,5 raza większe. Od tamtych czasów matematycy wykazali, że liczebność nosicieli bardzo niewielkich zmian genetycznych tego typu może bardzo szybko się zwiększać, nawet gdy mają one tylko niewielki wpływ adaptacyjny. Dobór naturalny jest potężną maszyną napędzaną przez genetykę.
Specjacja
Jednym z triumfów syntetycznej teorii ewolucji było zrozumienie, w jaki sposób tworzą się nowe gatunki. Istnieją cztery główne mechanizmy, za pomocą których może się to zdarzyć, ale wszystkie one opierają się na częściowej lub całkowitej izolacji dwóch grup populacyjnych. Taka izolacja często jest spowodowana barierą geograficzną taką jak rzeka czy pasmo górskie, i uniemożliwiającą krzyżowanie się między sobą osobników z oddzielonych populacji. Gdy nastąpi izolacja grup, dryf genetyczny spowoduje, że z czasem staną się one coraz mniej do siebie podobne, nawet jeśli nie będzie żadnej presji selekcyjnej. Jeśli populacje te ponownie się spotkają, często będą już tak odmienne, że nie będą mogły się ze sobą krzyżować – stały się oddzielnymi gatunkami.
Dryf genetyczny Dobór naturalny nie jest jedyną metodą, za pomocą której zachodzi ewolucja. Geny mogą także dryfować. Zgodnie z mendlowskim prawem segregacji osobniki mają dwie kopie każdego genu i losowo przekazują po jednej potomstwu. W dużej populacji każdy allel będzie przekazywany kolejnym pokoleniom z częstością, z którą pierwotnie występował, zakładając, że nie działa żadna presja selekcyjna. Jednakże przypadkowość tego procesu oznacza, że mogą dziać się dziwne rzeczy, gdy populacje są małe. Losowe wariacje przy dziedziczeniu mogą spowodować, że jeden wariant genetyczny stanie się częstszy niż inny całkowicie bez udziału doboru naturalnego.
Wyobraźmy sobie gatunek ptaków, który ma dwa allele odpowiedzialne za długość dzioba: długi i krótki, i że wszyscy rodzice w populacji mają po jednej kopii każdego z nich. W dużej populacji każdy allel będzie występował z częstością około 50% w kolejnym pokoleniu, gdyż zaangażowane są w to wielkie liczby. Najbardziej prawdopodobny wynik to rozdział 50–50, jednak mała liczba osobników nie może tego zagwarantować. Jeden allel może zdominować potomstwo tylko dzięki ślepemu szczęściu. Biolodzy nazywają to „efektem założyciela” – pula genowa każdej nowej kolonii kształtowana jest przez losowe genotypy, które zdarzyło się mieć jej założycielom.
Koncepcja dryfu genetycznego wyjaśnia, w jaki sposób dziedziczenie mendlowskie może odpowiadać za różnorodność wewnątrz i międzygatunkową, bez konieczności nagłych skoków mutacyjnych. Nawet w przypadkach, gdy nie zachodzi dobór naturalny, nauka ma inny sposób, w który genetycy mogą wytłumaczyć ewolucję. Dowody, że mendelizm i darwinizm są zgodne, zaczęły dominować.
MYŚL W PIGUŁCE
Genetyka jest napędem ewolucji
Hermann Muller: „Na zjawisko mutacji można wpływać w sposób «sztuczny»… nie oznacza to, że niedosięgły Bóg płata nam psikusy ze swej niezdobytej twierdzy w cytoplazmie gamety”.
LINIA CZASU
1910–1915
Morgan wykazuje chromosomowe
podstawy dziedziczenia
1927
Hermann Muller (1890–1967) wykazuje, że promieniowanie rentgenowskie może powodować mutacje
1943
Max Delbrück (1906–1981) i Salvador Luria (1912–1991) wykazują, że mutacja jest niezależna od doboru naturalnego
Nowoczesna syntetyczna teoria ewolucji pokazała, że duże mutacje nie są siłą ewolucji. Jednak bez zmian genetycznych żadna ewolucja nigdy by nie nastąpiła. Dobór naturalny i dryf mogą być procesami sprawiającymi, że pewne allele najpierw się rozprzestrzenią, ale allele te muszą w jakiś sposób różnić się od innych wariantów. Informacja genetyczna musi być wiernie kopiowana z pokolenia na pokolenie, aby cechy mogły być dziedziczone, ale niezbyt wiernie. Drobne błędy kopiowania – małe mutacje – dostarczają surowego materiału dla ewolucji, są iskrami mogącymi wzniecić ogień. Albo staną się płomieniem dzięki naturalnemu doborowi, albo będą się tlić podczas dryfu genetycznego, albo nie wzniecą ognia i zginą.
Doświadczenia T.H. Morgana nad Drosophila okazały się sukcesem dzięki przypadkowej mutacji: muszce o białych oczach. Jego zespół zwiększył szanse wykrycia takiego losowego zdarzenia przez krzyżowanie ze sobą milionów owadów, ale mutacje spontaniczne są tak rzadkie, że niezbędne były ogromne liczby osobników, aby móc je wychwycić. Bazowanie na szczęściu i czasie sprawiało, że badania te były niezwykle pracochłonne. Jednakże sposób przyspieszenia ewolucji w drodze indukowania mutacji wkrótce nadał badaniom nad Drosophila nowy kierunek.
Przełom nastąpił dzięki jednemu ze studentów Morgana – nowojorskiemu Żydowi Hermanowi Mullerowi. Był błyskotliwym teoretykiem, jego idee okazały się istotne dla wyjaśnienia prac o chromosomach, lecz ponieważ nie przeprowadzał samodzielnie doświadczeń, miał niewielki udział w publikacjach grupy. Zirytowany takim traktowaniem – był kłótliwym i trudnym we współpracy człowiekiem, choć jego biografowie sugerowali także, że stał się ofiarą antysemityzmu – Muller rozstał się ze swoim nauczycielem, aby przenieść się do Teksasu i rozpocząć pracę na własny rachunek.
Promieniowanie rentgenowskie Muller był zafascynowany zjawiskiem mutacji, a także niedawnymi osiągnięciami Ernsta Rutherforda w rozszczepianiu atomu. Podobnie jak atomy, geny powszechnie uważano za niepodzielne i niemutowalne. Jeśli w rzeczywistości możliwe było zmienienie formy atomu, to może dałoby się – rozważał – także wpływać sztucznie na geny i je zmieniać? W roku 1923 rozpoczął ekspozycje muszek owocowych na rad i promieniowanie rentgenowskie, by przetestować swą hipotezę.
Muller i Stalin
Jako żarliwy komunista, Muller przeniósł się w roku 1935 do pracy w Związku Radzieckim, gdzie rozwinął socjalistyczne podejście do eugeniki. Rozmnażanie selekcyjne – argumentował – można wykorzystać do inżynierii społecznej, aby wytworzyć nową klasę, bardziej
