doświadczenia niewiele wniosły. Chociaż promienie rentgenowskie zdawały się powodować mutacje, dowód był trudny do uchwycenia, ponieważ miały także działanie niepożądane – sterylizowały owady, uniemożliwiając sprawdzenie, co dzieje się z ich potomstwem. Jednakże w listopadzie 1926 Muller ostatecznie ustalił prawidłowe dawki promieniowania. Gdy poddawał samce much działaniu promieniowania rentgenowskiego, a następnie krzyżował je z dziewiczymi samicami, wydawały one na świat zmutowane potomstwo w niespotykanych ilościach. W ciągu kilku tygodni stworzył ponad 100 mutantów, o połowę więcej niż uzyskano wszystkich spontanicznych w ciągu wcześniejszych 15 lat.
Niektóre mutacje były letalne, ale wiele nie, i te właśnie były przekazywane wiernie kolejnym pokoleniom, tak jak przewidział Mendel. Muller zauważył pęknięcia w chromosomach much, co prawidłowo zinterpretował, twierdząc, że promieniowanie powoduje losowe zaburzenia w ich strukturze.
Często uzyskane zmiany są tak niszczycielskie, że powodują natychmiastową śmierć lub są tak szkodliwe, że szybko znikają z puli genowej. Ale czasami uzyskuje się niewielką „mutację punktową” w pojedynczym genie, która prowadzi do niewielkiej różnicy fenotypowej, która może rozprzestrzenić się w populacji w drodze doboru naturalnego czy dryfu genetycznego. Promieniowanie może spowodować to w sposób sztuczny i szybki w laboratorium. W naturze to samo osiąga się przez losowe błędy kopiowania lub przez ekspozycję na mutageny środowiskowe, takie jak promieniowanie ultrafioletowe lub pewne związki chemiczne.
Manipulacje genetyczne Muller natychmiast docenił wagę swego odkrycia. Nauka miała teraz narzędzie wprowadzania mnóstwa mutacji do organizmów laboratoryjnych, co znacznie poprawiło szybkość i wydajność badań genetycznych. Stała się pełnoprawną nauką badawczą. Wydawało się także, że skoro mutacje można indukować, to można także nimi manipulować.
Oznaczało to, że można sztucznie przyspieszyć ewolucję przez ekspozycję organizmów na promieniowanie, a następnie wybiórcze rozmnażanie mutantów o pożądanych cechach. Gdy Muller ogłosił swe teorie w serii wykładów publicznych pod koniec lat 20. XX wieku, został pierwszą sławą genetyki. Jako pierwszy wyobraził sobie potencjał modyfikacji genetycznych, na długo zanim pierwsze zbiory roślin modyfikowanych genetycznie (GM, genetically modified) zostały wyrwane przez Greenpeace1.
Eksperyment Lurii i Delbrücka
Mimo że to, jak ważne dla procesu ewolucji są mutacje, było wiedzą podstawową już w latach 40. XX wieku, pozostało jedno pytanie. Czy dobór naturalny po prostu zachowuje losowe mutacje, które okazały się korzystne, czy może presja selekcyjna powoduje, że mutacje mają większe prawdopodobieństwo pojawienia się? Salvador Luria i Max Delbrück rozwikłali to, wykonując doświadczenie z bakteriami i wirusami je atakującymi. Stwierdzili, że mutacje, które uodporniają bakterie na fagi, pojawiały się losowo z dość stałą częstością niezależnie od presji selekcyjnej. Mutacje zachodzą niezależnie od doboru naturalnego, a nie z jego powodu.
Muller proponował użycie promieniowania do wytwarzania nowych odmian hodowlanych; inni naukowcy niebawem udowodnili, że powoduje ono dziedziczne mutacje u kukurydzy. Mutageneza wywołana promieniowaniem rentgenowskim jest wykorzystywana po dziś dzień w taki sam sposób, aby stworzyć nowe odmiany hodowlane roślin (mimo swego nienaturalnego pochodzenia, takie uprawy są w pełni akceptowane przez rolnictwo ekologiczne, choć inne podejścia do manipulacji genetycznych, co dziwne, nie). Muller zasugerował istnienie potencjalnych innych zastosowań w medycynie i przemyśle, co rzeczywiście się stało. Wymyślił nawet, że sztuczne mutacje można wykorzystać do kierowania, w pozytywny sposób, ewolucją człowieka.
Niebezpieczeństwa promieniowania Ta ostatnia idea będzie wymagała jednak mniej ryzykownych sposobów indukcji mutacji niż promieniowanie rentgenowskie. Następną implikacją odkryć Mullera była obserwacja, że promieniowanie nie ma korzystnego czy neutralnego wpływu na geny. Większość mutacji zachodzących w DNA (zob. rozdz. 7) nie jest nieszkodliwa, czyli neutralna, lecz katastrofalna: znaczna część zmutowanych much Mullera padła, a inne były niepłodne. U organizmów żyjących dłużej niż Drosophila, łącznie z ludźmi, ten rodzaj uszkodzeń genetycznych powoduje raka. Muller rozpoczął kampanię publiczną uświadamiającą zagrożenia wynikające z ekspozycji na promieniowanie, na przykład dla lekarzy przepisujących leczenie promieniowaniem rentgenowskim.
Genetycy rzeczywiście okazali się niezbędni w budowaniu zrozumienia wobec zagrożeń promieniowania, szczególnie w erze atomowej, która rozpoczęła się Projektem Manhattan podczas II wojny światowej i zrzuceniem bomb na Hiroszimę i Nagasaki. Postaci takie jak Muller i amerykański uczony Linus Pauling wykorzystały swoją świadomość poważnego i nieodwracalnego uszkodzenia DNA powodowanego przez radioaktywność w zakończonej sukcesem kampanii przeciw powietrznym testom atomowym. Pauling za tę działalność dostał swą drugą Nagrodę Nobla, pokojową. Korzyści eksperymentów Mullera z promieniowaniem rentgenowskim nie ograniczały się jedynie do genetyki i hodowli roślin. Uświadomiły także ludzkości śmiertelne zagrożenie dla zdrowia.
MYŚL W PIGUŁCE
Mutacje można indukować
Graham Bell: „Płeć to królowa problemów w biologii ewolucyjnej. Prawdopodobnie żadne zjawisko naturalne nie wzbudza takiego zainteresowania; na pewno żadne nie wywołuje tylu wątpliwości”.
LINIA CZASU
1910
Morgan wykazuje chromosomowe podstawy dziedziczenia
1913
Morgan i Alfred Sturtevant (1891–1970) identyfikują crossing-over i tworzą pierwszą mapę genetyczną
1931
Harriet Creighton (1909–2004) i Barbara McClintock (1902–1992) przedstawiają fizyczne podstawy crossing-over
1932
Muller opisuje użyteczność crossing-over w ominięciu efektu zapadki Mullera
Płeć to jeden z największych problemów życia. Nie tylko ze względu na to, ile czasu poświęcamy na myślenie o niej, ale także dlatego, że jest ewolucyjną i genetyczną zagadką.
Wiele organizmów – większość w zasadzie, gdyż bakterie stanowią znaczną część światowej biomasy – jest całkiem zadowolona, rozmnażając się samodzielnie2. Dlaczego zatem rozmnażanie bezpłciowe nie jest powszechne? Jest wystarczająco dobre dla większości komórek ludzkiego ciała – komórek somatycznych, które tworzą narządy takie jak wątroba czy nerki i dzielą się tak, jakby były organizmami bezpłciowymi. Jedynym wyjątkiem są nasze komórki rozrodcze, które tworzą plemniki i komórki jajowe (gamety), aby ostatecznie dać początek nowemu człowiekowi.
Rozmnażanie bezpłciowe pozwala każdemu organizmowi skopiować cały genom dla potomstwa, dodać lub odjąć kilka błędów przy kopiowaniu. Płeć jednak oznacza, że tylko połowa populacji wydaje młode, co spowolnia tempo reprodukcji i powoduje, że przedstawiciele obu płci tracą czas i energię na poszukiwanie partnerów. Tylko połowa genów partnerów przekazywana jest ich potomstwu. Wszystkie te zjawiska powinny być niekorzystne, patrząc przez pryzmat doboru naturalnego. A jednak płeć nie tylko trwa, ale wygrywa – jest to system
