Dostosowanie dzięki adaptacjom

Wśród przedstawicieli każdego gatunku można zaobserwować różnice – na przykład w przypadku ludzi może to być wzrost, kolor oczu, waga. Niektóre z tych różnic są wywołane oddziaływaniem środowiska – na przykład drzewo rosnące na środku pola ma zupełnie inne warunki niż w środku lasu i dlatego zupełnie inaczej wygląda. Hortensje na glebie kwaśnej mają różowe kwiatki, a na zasadowej błękitne.

Geny czy "wychowanie"?
Inne różnice są dziedziczne, ponieważ warunkują je geny. Tak jest z kolorem oczu i awersją do brukselki u ludzi albo kolorem kwiatów groszku i kształtem jego nasion. Na wiele cech mają wpływ zarówno geny, jak i środowisko – na przykład żeby być wysokim, trzeba nie tylko mieć odpowiednie geny, ale i dobrze się odżywiać w dzieciństwie.

Jak odróżnić cechy genetyczne od środowiskowych? Jak poznać, czy dwa egzemplarze niezapominajek różnią się, bo mają inne geny, czy dlatego, że wyrosły w odmiennych warunkach?

Można prześledzić rozwój osobników z dwóch miejsc w identycznych warunkach umieszczając je w szklarni. Jeśli różnice były genetyczne – zachowają się w takim eksperymencie. Jeśli wynikały z różnic środowiska – w identycznych warunkach znikną. W przypadku ludzi wiele o genetycznym lub środowiskowym charakterze cechy można się dowiedzieć porównując bliźnięta. Bliźnięta jednojajowe, identyczne genetycznie, mogą się różnić cechami, na które wpływ ma środowisko.

Ewolucja tworzy przystosowania

Grube łodygi kaktusa magazynują wodę

Cechy odziedziczone, sprzyjające określonemu trybowi życia czy miejscu występowania, nazywamy przystosowaniami. Płetwa ogonowa delfina i jego skóra, naśladowana przez producentów kostiumów pływackich, grube futro niedźwiedzia polarnego, łodygi kaktusów magazynujące wodę czy zrzucanie liści na zimę w klimacie umiarkowanym – to przystosowania do środowiska.

Dobór naturalny to silnik ewolucji a mutacje to paliwo

Przystosowanie do środowiska - zrzucanie liści na zimę

Przystosowania powstają w toku ewolucji. Ponieważ są dziedziczne, muszą się zacząć od zmiany w genach – mutacji. Mutacje zachodzą zupełnie losowo. Każdy z nas ma w swoim DNA wiele mutacji. Większość tych zmian nie przynosi żadnego efektu, nie zmienia żadnej cechy organizmu. Te, które spowodują niekorzystne efekty, zmniejszą szansę przeżycia i spłodzenia potomstwa. Bardzo niewielka część zmian genetycznych prowadzi do korzystnej zmiany cechy. Jeśli taka zmiana cechy daje większą szansę przeżycia i zostawienia po sobie potomstwa, mówimy, że zwiększa dostosowanie. W kolejnych pokoleniach coraz większa część gatunku będzie potomkiem pierwotnego osobnika ze zmianą genetyczną. Coraz więcej osobników będzie miało tę zmienioną cechę, czyli gen w zmienionej wersji. Dobór naturalny kontroluje dostosowania. Osobniki lepiej dostosowane – pozbawione niekorzystnych zmian albo wyposażone w korzystne zmiany – zostawiają więcej potomstwa. Obserwowane przez nas dziś przystosowania powstały w drodze ewolucji, dzięki zmianom, które zwiększały dostosowanie organizmów.

Dobór naturalny powoduje powstawanie nowych, dziedzicznych cech, ale też zapewnia utrzymanie już istniejących – usuwając niekorzystne zmiany. Ewolucja działa powoli, bo nie dość, że mutacje pojawiają się rzadko, to większość zmian powoduje niedużą zmianę w dostosowaniu. Korzystna mutacja może pechowo znaleźć się w osobniku, który zginie trafiony piorunem albo z innego losowego powodu. Niekorzystna mutacja może zostać przekazana dalej, jeśli jej właściciel będzie miał szczęście albo korzystną mutację w innym genie.

Ewolucja w toku - jak zmieniliśmy komary

Komary zdołały się dostosować

Przykładem silnie działającego doboru naturalnego jest pojawienie się komarów bardziej odpornych na środki owadobójcze. Odporność na środek owadobójczy jest wynikiem mutacji w pojedynczym genie komara. Zanim zaczęto stosować środek owadobójczy, wersja genu zapewniająca odporność na niego występowała bardzo rzadko, co  sprawdzono w muzealnych zbiorach entomologicznych sprzed wprowadzenia środka owadobójczego. Kiedy wprowadzono środek owadobójczy, większość komarów ginęła, zanim zdążyła się rozmnożyć. Komary z mutacją zaczęły odnosić olbrzymi sukces ewolucyjny – głównie ich potomstwo było w stanie przetrwać. Dziś większość komarów ma wersję genu z mutacją. Środek owadobójczy, użyty przez człowieka, ukierunkował dobór naturalny.

Zobacz/pobierz: Ewolucja w akcji, czyli jak muchy pasożytujące na owcach uzyskały oporność na środek owadobójczy

Dostosuj się lub giń
Ewolucja oglądana z bliska to właśnie zmiany częstości występowania różnych wersji genów. Oglądana z dalszej perspektywy – to zmiany zasięgu występowania gatunków. Z jeszcze dalszej – wymieranie i pojawianie się nowych gatunków.

Zmiany warunkowane genetycznie zachodzą powoli – potrzebują mutacji poprawiającej dostosowanie, a potem czasu, aby ta mutacja rozpowszechniła się w populacji. Organizmy żyjące krótko, czyli o krótkim czasie trwania generacji, potrzebują mniej czasu, ponieważ zegar ewolucji tyka w rytm przemijających pokoleń – organizmy zmieniają się z pokolenia na pokolenie, a nie z godziny na godzinę czy z roku na rok. U bakterii czy komarów, a nawet ptaków udało się złapać ewolucję „za rękę”, natomiast bardzo trudno to zrobić w przypadku topoli czy słonia, które zaczynają się rozmnażać w wieku kilkunastu lat. Dlatego zbyt szybkie zmiany w środowisku nie dają wystarczająco dużo czasu na zadziałanie doboru i przystosowanie do nowego środowiska. Do takich zmian, mogących prowadzić do wymierania gatunków, należą także gwałtowne zmiany klimatu.

Dr Anna Lorenc
Max Planck Institute for Evolutionary Biology, Plön