Naturo zagraj to jeszcze raz, czyli ciekawe skutki ewolucji zbieżnej

Większość ssaków nie ma naturalnego poczucia rytmu – takiego, jaki posiada człowiek. Jak podają uczeni z Max Planck Institute for Psycholinguistics, nasi najbliżsi krewni – małpy człekokształtne – mogą wytrenować reakcje rytmiczne, ale nawet wtedy nie idzie im to tak dobrze jak nam. Tym ciekawsze wydają się wyniki badań właśnie opublikowane w „Biology Letters”. Autorzy odkryli, że zwierzętami mającymi świetne poczucie rytmu są foki. Skłoniło ich to do zbadania ewolucyjnych podstaw „muzykalności”.

Konkluzje były następujące: poczucie rytmu rozwinęło się u nas i u fok niezależnie, ale wynikało z podobnych potrzeb. Zarówno ludzie, jak i foki żyją w dużych zbiorowiskach i komunikują się wokalnie. Dlatego muszą znać melodię głosu najbliższej rodziny oraz odróżniać ją od dźwięków wydawanych przez inne osobniki.

Inny przykład: śluzy. W sierpniu tego roku zespół uczonych z The State University of New York i University of California opublikował na łamach „Science Advances” pracę, z której wynika, że tego typu substancje wytwarzane przez różne kręgowce (np. płazy, ssaki) oraz bezkręgowce (np. ślimaki) są wprawdzie bardzo zbliżone fizjologicznie i funkcjonalnie, ale ich powstawanie kodują zupełnie inne geny.

Głównym składnikiem śluzów są mucyny, czyli glikoproteiny odpowiedzialne za lepkość wydzielin organizmu. Uczeni wskazali, że nawet u samego człowieka kilka rodzajów tych związków (np. obecnych w ślinie, w wydzielinie drzewa oskrzelowego, w soku żołądkowym czy śluzie szyjki macicy) ma inne pochodzenie. Autorom pracy udało się nawet wykazać, w jaki sposób mogło w spontaniczny sposób dochodzić do powstawania mucyn. Rzecz w tym, że białka, które nie mają właściwości śluzowych, mogą w toku ewolucji spontanicznie nabywać takich cech. A ponieważ pełnią bardzo przydatne funkcje w zasadzie we wszystkich grupach taksonomicznych, ich obecność się utrwaliła.

Palec do latania

Najbardziej klasycznym przykładem konwergencji, czyli powstania podobnych cech u organizmów, które nie są ze sobą spokrewnione, jest zdolność do lotu. W bardzo odległej przeszłości, jakieś 320 mln lat temu, po Ziemi chodził wspólny przodek ptaków i ssaków. Przypominał on ok. 20-centymetrową jaszczurkę i z całą pewnością nie potrafił latać. Z czasem gady (które dały początek ptakom) oraz ssaki bardzo się zróżnicowały i zasiedliły różnorodne nisze ekologiczne. Ale nie rozwinęły żadnych adaptacji umożliwiających zajęcie przestworzy. Uczyniła to inna grupa zwierząt.

Mniej więcej 220 mln lat temu pterozaury – gady, ale nie dinozaury – rozwinęły umiejętność bardzo sprawnego lotu. W ten sposób jako pierwsze kręgowce zajęły przestrzeń, która dotychczas znajdowała się jedynie w posiadaniu latających owadów. Aby osiągnąć ten efekt, niebotycznie wydłużyły czwarty z palców przedniej kończyny i użyły go – niczym stelażu w parasolce – do rozciągnięcia ogromnej płachty skóry, ciągnącej się aż do tylnych kończyn i dalej do ogona. Metoda musiała być skuteczna: odkryty niedawno w Argentynie pterozaur o nazwie smok śmierci (Thanatosdrakon amaru) miał rozstaw skrzydeł ok. 9 m.

Dinozaury, by pójść w ślady lotnych kuzynów, musiały czekać długo – ok. 60 mln lat. A i wtedy ich pierwsze próby lotu sprowadzały się raczej do wydłużonego ślizgu lub skoku. Postawiły też na zupełnie inne rozwiązanie niż pterozaury: powierzchnię nośną zapewniły sobie dzięki piórom.

Nietoperze wzniosły się zaś w powietrze dopiero jakieś 60 mln lat temu. Wprawdzie – podobnie jak pterozaury – zainwestowały w rozciągnięty fałd skórny, ale zamiast rozwijać jeden, absurdalnie wydłużony, palec przedniej łapy, wydłużyły wszystkie pięć. Przy czym kciuk rozwinęły w najmniejszym stopniu i pozbawiły go roli stelaża „parasolki”, a zamiast tego przydzieliły mu funkcję czepną.
Podobnych przykładów jest znacznie więcej. Niektóre odnoszą się do budowy ciał i wynikają z tego, że na jakieś dwa gatunki oddziaływały analogiczne warunki. Na przykład niektóre australijskie torbacze wyglądają niemal identycznie jak ich odpowiedniki wśród łożyskowców, choć różnią się fundamentalnie anatomią narządów rodnych. Lis czy wilk mają bardzo zbliżoną budowę ciała do wilkowora tasmańskiego, mimo że ten – wymarły już – drapieżnik nie był z nimi spokrewniony i nosił swoje młode w torbie, podobnie jak kangur.

Funkcja autopilota

W jednym i drugim przypadku zwierzęta były jednak szczytowymi drapieżnikami, co wiązało się z podobnymi potrzebami: musiały mieć długie, wyposażone w pazury, łapy umożliwiające pogoń za ofiarą, silne szczęki itp. Wilki łożyskowe i workowate wykształciły więc bardzo podobne cechy na drodze zupełnie innych mechanizmów genetycznych. Jednak nie zawsze tak jest – czasami nawet odległe taksonomicznie zwierzęta wykorzystują do osiągnięcia podobnego celu identyczne grupy genów.

Delfiny i nietoperze żyją w zupełnie innych środowiskach, a jednak obie grupy zwierząt wykształciły zdolność echolokacji. Mogłoby się wydawać, że skoro walenie korzystają ze swojej umiejętności w morskiej toni, a rękoskrzydłe (Chiroptera) – w przestworzach, to podłoże obu fenotypów będzie zupełnie odmienne – tak jak odmienne są oba te rzędy ssaków oraz ich habitaty. Jednak w 2013 r. uczeni z University of London i San Raffaele Scientific Institute dokonali bardzo zaskakującego odkrycia – u nietoperzy i delfinów doszło do takich samych zmian w obrębie 200 niezależnych genów, odpowiedzialnych między innymi za słuchową wrażliwość na nietypowe dźwięki: tzw. ćwierkanie, piski i kliknięcia. Te modyfikacje genetyczne otworzyły obu grupom drogę do sprawnej echolokacji.

Czyżby więc ewolucja do tego stopnia stąpała po swoich własnych śladach, że całkowicie różne zwierzęta korzystają z analogicznych rozwiązań genetycznych? Wygląda na to, że tak się czasem zdarza.

Bywa i tak, że natura zdaje się korzystać z „autopilota”. Przykładem takiej sytuacji jest tzw. karcynizacja, czyli – jak to ujął odkrywca tego zjawiska, zoolog żyjący na przełomie XIX i XX w., Lancelot Alexander Borradaile – jedna z wielu podjętych przez Naturę prób stworzenia kraba. Rzecz dotyczyła obserwacji – że wiele niespokrewnionych ze sobą wodnych skorupiaków „kończy jako” krab. Na przykład przedstawiciele kilku podrzędów dziesięcionogów (do których należą krewetki, homary czy raki) wykształciły charakterystyczne „krabokształtne” ciała, podobnie jak niektóre stawonogi należące do wymarłego rzędu Cyclida, które tylko do złudzenia przypominają współczesne kraby.

Współcześnie wiadomo już, że karcynizacja jest klasycznym przykładem ewolucji zbieżnej, w ramach której zwierzęta zajmujące podobne nisze cechują się analogiczną morfologią.

Zbieżność roślin

Królestwo roślin to również przebogate źródło przypadków tego typu ewolucji. Szczególnie powszechnie występującym przykładem są owoce. Na przykład takie gatunki, jak pomidor czy jabłoń, wykształciły surowce wykorzystywane w naszej kuchni na zupełnie odmiennej drodze. Te pierwsze wytwarzają tzw. owoce prawdziwe, czyli jagody, w których część jadalna jest zarazem anatomicznym owocem – tworem powstałym z zalążni słupka. W środku takiej jagody znajdują się nasiona, które zwierzę (lub człowiek) spożywa wraz z otaczającymi tkankami. W „zamyśle” rośliny nasiona te mają następnie zostać wydalone tak, by odchody ułatwiły siewkom rozwój.
Podobne założenia leżą u podstaw owoców rzekomych, do jakich zalicza się np. jabłka, które rozwinęły się niezależnie od swoich jagodowych analogów. Owoc w znaczeniu botanicznym znajduje się tu tylko w centralnej części – tej, którą my zwykle uważamy za ogryzek. Miąższ, który cenimy najbardziej, jest natomiast wyjątkowo rozbudowaną pochodną dna kwiatowego rośliny.

Innym przykładem konwergencji jest roślinna mięsożerność, która rozwija się zwykle na terenach, na których gleby są ubogie w składniki potrzebne roślinie do przetrwania, takie jak azot. Najczęstszymi ofiarami są owady, dlatego zieloni drapieżcy wytwarzają szereg enzymów potrzebnych do strawienia tej właśnie grupy zwierząt. Wśród nich szczególnie istotna jest chitynaza, która trawi chitynę – polisacharyd tworzący szkielet zewnętrzny stawonogów. Co ciekawe, nawet ten kluczowy enzym wyewoluował u niespokrewnionych ze sobą roślin całkowicie niezależnie.

Jak podają uczeni z University of British Columbia i University Wisconsin-Madison, którzy w 2021 r. opublikowali na łamach „PNAS” pracę na ten temat, mięsożerność wyewoluowała u roślin przynajmniej 12 razy. Nawet wśród dzbaneczników występują gatunki, które należą do innych grup taksonomicznych i całkowicie „na własną rękę” opracowały charakterystyczny kształt zbiornika trawiennego.

Siedem progów

Mechanizmy ewolucji zbieżnej nie ominęły również naszego własnego gatunku. Najlepszym tego przykładem jest pigmentacja skóry. Homo sapiens rozwinął się między 300 a 200 tys. lat temu w Afryce – najprawdopodobniej na terenie Półwyspu Somalijskiego, skąd później rozszedł się po świecie. Okołorównikowe początki naszego gatunku wiązały się z dużą ekspozycją na promieniowanie słoneczne, dlatego pierwsi ludzie musieli mieć ciemną pigmentację skóry. Wysoka zawartość melaniny chroniła ich bowiem przed szkodliwym wpływem ultrafioletu.

Jedna z naszych dróg migracyjnych biegła ku północy – najpierw na obecny Półwysep Arabski, a stamtąd w co najmniej dwóch kierunkach: ku Europie i ku Azji. Przedstawiciele naszego gatunku musieli się więc przystosować do mniejszego nasłonecznienia, czyli zredukować zawartość melaniny w skórze. Dzięki temu mogli produkować wystarczające ilości witaminy D. To wyjaśnia, dlaczego rdzenni Europejczycy i Azjaci pochodzący ze wschodnich krańców swojego kontynentu (np. Chiny, Japonia, Korea) mają jaśniejszą pigmentację skóry niż natywni Afrykańczycy. Jednak – jak wynika z badań opublikowanych w 2010 r. w „PLOS Genetics” – inne geny zadecydowały o zmniejszeniu zawartości melaniny w skórze Europejczyków, a inne – Azjatów. Tym samym jasna karnacja u Francuza oraz Japończyka jest przykładem konwergencji.

Rozważania na temat tego mechanizmu mogą prowadzić także poza naszą planetę. Jedną z najbardziej charakterystycznych cech naszego gatunku jest inteligencja. Można zastanawiać się, czy także na innych planetach, na których jest życie, któryś organizm rozwinie zaawansowane zdolności poznawcze?

Biolodzy są w tej kwestii zwykle sceptyczni. Twierdzą, że życie nie potrzebuje inteligencji, by przetrwać, a ewolucja nie dąży do czegoś konkretnego, więc prawdopodobieństwo jej spontanicznego rozwoju jest małe. Zdaniem Nicholasa R. Longricha – paleontologa i biologa ewolucyjnego z University of Bath – wynoszą one od 1 do 100 bln do 1 do 10 mln. Skąd takie dane? Na łamach swojego subiektywnego artykułu, opublikowanego w 2019 r. w „The Conversation”, uczony wyznaczył siedem progów, które muszą zostać przekroczone, by rozwinęła się inteligencja: powstanie życia, fotosynteza (aby wytworzyć tlen), komórki eukariotyczne (posiadające jądro), rozmnażanie płciowe, powstanie zwierząt tkankowych, szkielet i wreszcie inteligencja. Każdemu z tych progów badacz przydziela od 1 do 10 proc. szans na wyewoluowanie i na tym opiera swoje dalsze rozważania.

Margines błędu

Czy jednak tego typu szacunki są wiarygodne? Być może założenie, że zaawansowane zdolności poznawcze rozwijają się w znanych nam warunkach, jest błędne? Wszak znamy przynajmniej jeden przykład inteligencji, która nie spełniła wszystkich kryteriów Longricha, mianowicie głowonogi, które są pozbawione szkieletu. Posiadamy też przykłady konwergentnych inteligencji, które rozwinęły się całkowicie niezależnie od naszej: u krukowatych oraz waleni. Skoro więc zaawansowane umiejętności kognitywne, korzystanie z narzędzi, planowanie technik łowieckich itp. rozwinęły się na Ziemi kilka razy, to może prawdopodobieństwo powstania inteligencji nie jest wcale takie małe?

Tyle że inteligencja inteligencji nierówna. Głowonogi pojawiły się na Ziemi jakieś 530 mln lat temu; szczególnie inteligentne ośmiornice – 330 mln lat temu. A jednak przez cały ten czas nie stworzyły cywilizacji i technologii. Dla pozaziemskiej cywilizacji pozostają nieme i niezauważalne.

Badając fenomen konwergencji, dysponujemy dramatycznie małą próbą: jedną planetą i tylko jednym życiem, które się na niej rozwinęło. To sprawia, że nasze rozważania cechuje ogromny margines błędu. Można się jednak pokusić o pewne konkluzje. Skoro inteligencja rozwinęła się kilka razy, niezależnie (krukowate, głowonogi, walenie, naczelne), to może jest ona całkiem prawdopodobnym, choć zapewne niekoniecznym następstwem ewolucji życia. Natomiast szansa na osiągnięcie takiej skali inteligencji, jak ludzka – z technologią i zaawansowaną cywilizacją – może być bardzo mała. Co nie znaczy, że zerowa.