În 1859, Darwin imagina evoluția ca un proces lent și treptat, în care speciile acumulează mici schimbări de-a lungul timpului, prin intermediul selecției naturale. Însă chiar și el a fost surprins să constate că în arhiva fosilă lipsesc verigile intermediare. Practic, formele de tranziție care ar fi trebuit să spună această poveste pas cu pas, pur și simplu, nu existau. Iar explicația sa a fost la fel de inconfortabilă pe cât era de inevitabilă. Pe scurt, spunea Darwin, arhiva fosilă este ca o carte din care au fost smulse cele mai multe pagini.
Urmărește cele mai noi producții video TechRider.ro
- articolul continuă mai jos -
Este adevărat că Darwin nu a fost primul care a vorbit despre evoluție în sensul complex al paradigmei. Cel puțin, nu Charles. Bunicul său, Erasmus, medic de profesie, sădise deja ideea unui strămoș comun al tuturor speciilor vii, precum și ideea de evoluție graduală. Jean-Baptiste de Lamarck, uriașul naturalist francez din secolul al XVIII-lea, promovase puternic ideea de evoluție graduală, sub o formă numită transformism.
Geniul lui Charles Darwin nu a constat în simpla promovare a ideii de evoluție. O astfel de idee circula de peste 2.400, grație atât unor gânditori presocratici, vezi cazul lui Anaximandru din Milet, cât, mai ales, a adepților curentului filosofic al epicureismului.
Romanul Titus Lucretius Carus, scriitor de influență epicureiană și autorul volumului „De rerum natura”, enunța ideea de evoluție a viului acum 2100 de ani, o evoluție lipsită de influența divină, bazată strict pe procese naturale. A fost o viziune care a stat la baza curentului renascentist, 1.500 de ani mai târziu și care, cu siguranță, îl influențase și pe Charles Darwin.
Darwin, în schimb, a fost cel care a enunțat în premieră ideea de selecție naturală, motorul evolutiv. O idee care stă și azi la baza studiilor asupra evoluției biosului. Printre altele, rămânea însă problema așa numitelor „verigi lipsă”.
Echilibrul punctat, o idee revoluționară
În 1972, raritatea formelor intermediare i-a determinat pe paleontologii Stephen Jay Gould și Niles Eldredge să propună o idee provocatoare, echilibrul punctat. Potrivit acestei teorii, speciile nu evoluează lent, ci rămân stabile milioane de ani, pentru ca apoi să sufere brusc salturi evolutive rapide și radicale.
Acest model ar putea explica de ce arhiva fosilă pare atât de tăcută între specii. Schimbările majore s-ar produce rapid și în populații izolate, greu de detectat paleontologic. Deși unele fosile susțin acest tipar, comunitatea științifică rămâne divizată. Este acesta o regulă a evoluției sau o excepție spectaculoasă?
Acum, o echipă de cercetători de la Institutul de Biologie Evolutivă (IBE), un centru mixt al Consiliului Național de Cercetare Științifică din Spania (CSIC) și Universitatea Pompeu Fabra (UPF), indică pentru prima dată un mecanism de reorganizare genomică rapidă și masivă, care ar fi putut juca un rol esențial în tranziția animalelor marine la viața terestră în urmă cu 200 de milioane de ani. Este vorba despre un studiu publicat în revista Nature Ecology & Evolution.
Genomuri rearanjate din temelii
Echipa spaniolă a demonstrat că anelidele marine (viermi) și-au reorganizat genomul din temelii, devenind de nerecunoscut în momentul în care au părăsit mediul acvatic.
Observațiile lor sunt în acord cu modelul echilibrului punctat și sugerează că, pe lângă modificările treptate, ar putea apărea și schimbări genetice bruște atunci când speciile se adaptează la medii radical diferite. Mecanismul genetic identificat ar putea transforma concepția noastră despre evoluția animalelor și ar putea revoluționa legile actuale ale evoluției genomice.
O bibliotecă genomică a nevertebratelor, fără precedent
Pentru prima dată, echipa a secvențiat genomuri de înaltă calitate ale mai multor specii de râme, apoi le-au comparat cu alte anelide înrudite (lipitori și viermi policheți). Nivelul de precizie a fost similar cu cel al secvențierii genomului uman, dar aici s-a plecat de la zero, fără nicio referință genomică anterioară pentru speciile studiate.
Până acum, lipsa unor genomuri complete a împiedicat studiul modelului genomic la nivel cromozomial pentru multe specii, ceea ce a limitat cercetările la scale reduse, studii populaționale pe câteva gene, și nu analize macroevolutive la nivelul întregului genom.
După ce au „asamblat” fiecare genom ca un puzzle, cercetătorii au reușit să reconstruiască cu mare precizie evenimente de acum peste 200 de milioane de ani, atunci când strămoșii acestor specii trăiau.
„Este un episod esențial în evoluția vieții pe Pământ, având în vedere că multe specii, precum viermii sau vertebratele, care trăiau în oceane, au pășit pentru prima dată pe uscat,” explică Rosa Fernández, cercetătoare principală la Laboratorul de Filogenomică și Evoluție Genomică al Metazoarelor din cadrul IBE.
Analiza genomurilor a dus la un rezultat neașteptat. Genomurile anelidelor nu s-au transformat treptat, așa cum ar prezice teoria neo-darwinistă, ci prin explozii izolate de remodelare genetică profundă.
„Reorganizarea masivă a genomului pe care am observat-o la aceste viermi, pe măsură ce treceau de la apă la uscat, nu poate fi explicată prin mecanismul economic și gradual propus de Darwin; observațiile noastre se potrivesc mult mai bine cu teoria echilibrului punctat a lui Gould și Eldredge,” adaugă Fernández.
Un mecanism genetic radical care poate oferi răspunsuri evolutive
Cercetătorii au descoperit că viermii marini și-au „spart” genomul în mii de bucăți pentru a-l reconstrui apoi, înainte de a-și continua drumul evolutiv pe uscat. Acest fenomen contrazice modelele cunoscute ale evoluției, întrucât, la aproape orice specie analizată, bureți, corali, mamifere, structura genomică este păstrată aproape intactă.
„Întregul genom al viermilor marini s-a dezmembrat și apoi a fost reorganizat complet aleatoriu, într-un timp extrem de scurt, la scară evolutivă. Mi-am pus echipa s,ă refacă analiza de mai multe ori, pentru că pur și simplu nu-mi venea să cred” spune Fernández.
Motivul pentru care această deconstrucție drastică nu a dus la extincție s-ar putea afla în structura tridimensională a genomului. Echipa Fernández a descoperit că, în genere, cromozomii viermilor moderni sunt mult mai flexibili decât cei ai vertebratelor sau altor organisme-model. Datorită acestei flexibilități, genele din părți diferite ale genomului ar putea schimba poziția și totuși să funcționeze împreună.
Modificările majore din ADN i-ar fi putut ajuta pe viermi să se adapteze rapid la viața terestră, reorganizându-și genele pentru a face față provocărilor precum respirația aerului sau expunerea la lumina solară.
Studiul sugerează că aceste ajustări nu s-au limitat la relocări de gene, ci au creat și noi „himere genetice” prin reunirea unor fragmente separate anterior, potențial motor al evoluției lor. „Ai putea crede că acest haos ar însemna sfârșitul liniei evolutive, dar este posibil ca succesul unor specii să se bazeze tocmai pe această superputere,” comentează Fernández.
Haos cromozomial: problemă sau soluție?
Din acest studiu reiese că păstrarea structurii liniare a genomului, adică așezarea aproximativă a genelor în aceleași locuri în specii diferite, s-ar putea să nu fie atât de esențială cum se credea.
„Stabilitatea ar putea fi de fapt excepția, nu regula, în lumea animală, iar un genom mai fluid le-ar putea oferi beneficii evolutive”, spune Fernández.
Acest fenomen de reorganizare genetică extremă a fost observat anterior și în evoluția cancerului uman. Termenul cromoanageneză acoperă mai multe mecanisme care implică distrugerea și reorganizarea cromozomilor în celulele canceroase, unde apar modificări similare celor observate la râme.
Singura diferență este că, în timp ce aceste modificări genomice sunt tolerate de râme, la oameni duc la boală. Rezultatele studiului deschid calea către o înțelegere mai profundă a potențialului acestui mecanism radical, cu implicații și pentru sănătatea umană.
Întoarcerea unei controverse fundamentale
Studiul a reaprins una dintre cele mai aprinse controverse din biologia evoluției.
„Ambele viziuni, cea a lui Darwin și cea a lui Gould, sunt compatibile și complementare. În timp ce neo-darwinismul poate explica excelent evoluția populațiilor, nu a reușit să explice unele episoade excepționale și cruciale din istoria vieții pe Pământ, cum ar fi explozia inițială a vieții animale în oceane acum peste 500 de milioane de ani sau tranziția de la mare la uscat acum 200 de milioane de ani, în cazul râmelor. Aici, teoria echilibrului punctat ar putea oferi câteva răspunsuri”, subliniază Fernández.
În viitor, o cercetare mai amplă a arhitecturii genomice la nevertebratele mai puțin studiate ar putea aduce noi indicii despre mecanismele care modelează evoluția speciilor.
„Există o diversitate uriașă despre care nu știm nimic, ascunsă în nevertebrate, iar studierea lor ar putea aduce descoperiri revoluționare despre diversitatea și plasticitatea organizării genomice, și ar putea pune sub semnul întrebării dogmele actuale despre cum credem că sunt structurate genomurile”, conchide Fernández.
