Nylige videnskabelige opdagelser har ført nogle forskere til den konklusion, at det er nødvendigt at foretage justeringer og tilføjelser til den syntetiske evolutionsteori.
Kevin Lalande turnerede i konferencelokalet, der havde samlet flere hundrede mennesker for at diskutere fremtidens evolutionære biologi. En af kollegerne satte sig sammen med ham og spurgte, hvordan han troede, at tingene gik i dette område.
”Alt ser ud til at gå godt,” svarede Laland. "Der har ikke været nogen alvorlige tvister endnu."
Kevin Lalande er en evolutionær biolog ved University of St. Andrews i Skotland. På en kold, overskyet november eftermiddag kom han til London for at være vært for et møde i Royal Scientific Society om nye tendenser inden for evolutionær biologi. Hallen var fyldt med biologer, antropologer, læger, computerforskere og selvudnævnte ideologer. Royal Society of Science ligger i en statelig bygning med udsigt over St James's Park. Det eneste, Lalande kunne se fra højhusvinduerne i mødelokalet i dag, var stillads og facademaske til renoveringsarbejde. Inde håbede Lalande, der ville også ske en modernisering i dag, men af en anden type.
I midten af 1900'erne supplerede biologer Darwins evolutionsteori med nye fund fra genetik og andre videnskabelige områder. Resultatet af dette var den såkaldte "syntetiske evolutionsteori", der har sat retning for evolutionær biologi i 50 år. På det tidspunkt lærte forskere en masse fakta om, hvordan livet fungerer, og kan nu sekvensere hele genomer, se, hvordan gener tænder og slukkes i udvikling af embryoner, og hvordan dyr og planter reagerer på ændringer i miljøet.
Som et resultat kom Lalande og en gruppe biologer, der deler den samme mening med ham, til den konklusion, at den syntetiske evolutionsteori skal revideres. Det blev nødvendigt at give det en ny form for evolution af vision, som de kaldte begrebet "udvidet syntese". Andre biologer har udtalt deres uenighed og argumenteret for, at der ikke er tilstrækkeligt grundlag for et sådant paradigmeskifte.
Dette møde i Royal Society of Science var den første offentlige konference, hvor Lalande og hans kolleger havde lejlighed til at præsentere deres synspunkter om emnet. Men Lalande var ikke i humør til bare at prædike sine synspunkter til ligesindede, så prominente evolutionærbiologer, der var skeptiske over for principperne for udvidet syntese, blev også inviteret til konferencen.
Begge sider udtrykte deres synspunkter og kritik på en civiliseret måde, men nogle gange var der spændinger i publikum, udtrykt ved klirrende, rullende øjne og magre bifald.
Salgsfremmende video:
Men det kom aldrig til kampe. I det mindste for nu.
Evolution som sædvanligt
For enhver videnskab kommer der en tid med transformation og en tid, hvor tingene foregår som sædvanligt. Efter at Galileo og Newton trak fysik ud af gamle misforståelser i 1600'erne, begyndte den at bevæge sig frem fra en ydmyg præstation til den næste indtil 1900-tallet. Derefter lagde Einstein og andre forskere grundlaget for kvantefysik, præsenterede relativitetsteorien og andre nye måder at kende universet på. Ingen af dem argumenterede for, at Newton var forkert. Men det viser sig, at universet faktisk ikke kun er stof i bevægelse.
Evolutionær biologi har haft sine egne revolutioner. Den første begyndte bestemt i 1859 med Charles Darwins oprindelse af arter. Darwin kombinerede information fra paleontologi, embryologi og andre videnskaber for at vise den fælles oprindelse for alle levende organismer. Han introducerede også konceptet med naturlig udvælgelse, en mekanisme til styring af disse langsigtede ændringer. Hver generation af arterne udviste stor variation. Nogle gange hjalp det organismer med at overleve og formere sig, og takket være arvelighed blev de videregivet til de næste generationer.
Darwin inspirerede biologer over hele verden til at studere dyr og planter fra et nyt perspektiv og fortolker deres biologi som tilpasninger fra tidligere generationer. Og det lykkedes ham, på trods af at han ikke havde nogen idé om gener. Det var først i 1930'erne, at genetikere og biologer samlede sig sammen og omformulerede evolutionsteorien. Arvelighed er kommet til at blive betragtet som transmission af gener fra generation til generation. Ændringerne skyldtes mutationer, der kunne blandes for at oprette nye kombinationer. Nye arter dukkede op, da der blev dannet mutationer i populationer, der gjorde interspecies krydsning umulig.
I 1942 beskrev den britiske biolog Julian Huxley dette nye koncept i sin bog Evolution: Modern Synthesis. Forskere bruger stadig dette navn. (De refererer nogle gange til den som neo-darwinisme, selvom udtrykket faktisk er vildledende. Udtrykket neo-darwinisme blev opfundet i 1800-tallet og blev brugt af biologer, der fremmede Darwins ideer i hans levetid).
Den syntetiske evolutionsteori har vist sig at være et stærkt værktøj inden for naturrelaterede spørgsmål. Forskere har brugt det til en række livshistoriske opdagelser, som f.eks. Hvorfor nogle mennesker er tilbøjelige til genetiske sygdomme som sigdcellesygdom, eller hvorfor pesticider før eller senere holder op med at arbejde med skadedyr. Men kort efter dannelsen af begrebet moderne syntese begyndte forskellige biologer med jævne mellemrum at klage over dets overdrevne kategorisering. Imidlertid er det kun i de sidste par år, at Lalande og andre forskere har været i stand til at forene og koordinere bestræbelserne på at udvikle principperne for en udvidet evolutionær syntese, der kunne erstatte ham.
Forskere betragter ikke den syntetiske evolutionsteori som et fejlagtigt koncept - det er simpelthen ikke i stand til at afspejle al evolutionens rigdom. Organismer arver mere end bare gener - de kan arve andre cellulære molekyler såvel som den adfærd, de lærer og deres forfædres levesteder. Lalande og hans kolleger bestrider også den overordnede rolle som naturlig udvælgelse i at forklare, hvordan livet blev som vi kender det i dag. Evolutionsforløbet kan påvirkes af andre processer, fra reglerne efter hvilke arter udvikler sig, til de ydre betingelser for deres beboelse.
”Det handler ikke om at skrue flere og flere maskiner til det, vi allerede har,” sagde Lalande. "Vi er nødt til at se på årsagssammenhæng fra en anden vinkel."
Supplerer Darwin
Tel Aviv-universitetsbiologen Eva Jablonka forsøgte i sin tale at analysere beviset for, at ikke kun gener kan bestemme arveformer.
Vores celler bruger et antal molekyler til at genkende hvilke gener der fremstiller proteiner. I en proces kaldet methylering begrænser celler for eksempel deres DNA til at holde visse gener lukkede. Når celler deler sig, kan de bruge det samme princip og således kontrollere nyt DNA. Visse signaler modtaget fra miljøet kan få celler til at ændre den såkaldte "epigenetiske" kontrol, hvilket tillader organismer at tilpasse sig nye forhold.
Nogle undersøgelser viser, at under visse omstændigheder kan epigenetiske ændringer i forælderen overføres til afkom. Og de kan på sin side videregive denne ændrede epigenetiske kode til deres børn. Dette er en type arv uden for gener.
Dette arvsprincip ses især tydeligt i planter. I en undersøgelse kunne forskere spore et ændret methyleringsmønster op til 31 generationer ved hjælp af en plante kaldet Arabidopsis. Denne type arv kan ændre kroppens funktion markant. I en anden undersøgelse fandt forskere, at arvelige methyleringsmønstre kunne ændre blomstringen af Arabidopsis og påvirke størrelsen på dens rødder. Variationen forårsaget af disse mønstre var større end den, der blev forårsaget af almindelige mutationer.
Efter at have fremlagt beviset hævdede Ms. Yablonka, at epigenetiske forskelle kunne bestemme organismernes modenhed til formering.”Naturligt valg kunne have indflydelse på dette system,” sagde hun.
Da naturlig udvælgelse har en betydelig indflydelse på udviklingsforløbet, præsenterede konferencesdeltagere bevis for, hvordan det kan begrænses eller fortrænges i en anden retning. Universitetet i Wien biolog Gerd Müller citerede et eksempel fra sin egen forskning på firben. Nogle arter af firben har mistet tæerne på bagbenene under udviklingen. Nogle arter havde kun fire tæer, andre kun en, og nogle mistede deres lemmer helt.
Ifølge Mueller fører den syntetiske evolutionsteori forskere til at se disse mekanismer som simpelthen resultatet af naturlig selektion, som favoriserer en mulighed på grund af dens fordele i overlevelse. Men denne tilgang fungerer ikke, hvis du undrer dig over, hvad der er fordelen for en bestemt art af individer ved tabet af første og sidste fingre og ikke andre.
”Svaret på det spørgsmål er, at der ikke er nogen reel selektiv fordel,” sagde Mueller.
Nøglen til at forstå, hvorfor firbenene mister visse tæer, er primært, hvordan firbenens tæer udvikler sig i deres embryonale tilstand. Processer vises først på siderne, og derefter udvikles der fem fingre fra dem, altid i samme rækkefølge. Og de mister dem i løbet af udviklingen i omvendt rækkefølge. Müller antyder, at sådanne begrænsninger er forårsaget af mutationernes manglende evne til at gengive alle mulige ændringer i en egenskab. Visse fingerkombinationer er således ikke tilgængelige, og naturligt valg kan ikke overhovedet vælge dem.
Udvikling kan begrænse evolutionen, og på den anden side giver dyr og planter en høj plastificitet. Sonia Sultan, en evolutionær økolog ved Wesleyan University, gav et underligt eksempel i sin tale, hvor hun talte om urten fra boghvedefamilien, hun studerede, pebermynte.
Inden for rammerne af moderne syntese, sagde Sultan, vil tilpasningen af bjergbestigeren synes at være et fint indstillet resultat af naturlig udvælgelse. Hvis det vokser under dårlige lysforhold, vil naturlig udvælgelse favorisere planter med ændrede træk, der giver dem mulighed for at trives i miljøet, for eksempel ved at udvikle bredere blade til fotosyntesen. Og dem, der vokser i stærkt sollys, udvikler tilpasninger til vellykket vækst under forskellige forhold.
”Dette taler for det synspunkt, at vores møde er dedikeret til at modsætte sig,” sagde Sultan.
Hvis du dyrker genetisk identiske Knotweed-planter under forskellige forhold, ender du med planter, der ser ud til at tilhøre forskellige arter.
Til at begynde med justerer pebermynten størrelsen på dens blade til den mængde sollys, den får. I skarpt lys bliver deres blade smalle og tykke, og i svagt lys bliver de brede og tynde. I tør jord slår disse planter rod dybt ned i jorden på jagt efter vand, og i godt fugtig jord bliver rødderne korte, behårede og lave.
Forskere på mødet argumenterede for, at sådan plasticitet kan bidrage til udviklingen i sig selv. Det giver planter mulighed for at sprede sig i forskellige levesteder, for eksempel til hvilken naturlig selektion derefter tilpasser deres gener. Blandt talerne var Susan Anton, en paleoanthropolog ved New York University, der argumenterede for, at plasticitet kunne spille en betydelig rolle i hidtil undervurderet menneskelig udvikling. Dette skyldes, at i det sidste halve århundrede har moderne syntese betydeligt påvirket dens undersøgelse.
Paleoanthropologer havde en tendens til at behandle de træk, der findes i fossilerne som et resultat af genetiske forskelle. Dette gjorde det muligt for dem at genskabe menneskets evolutionære træ og uddøde former tæt på ham. Tilhængere af denne tilgang har opnået betydelige resultater, indrømmede Anton. I 1980'erne havde videnskabsmændene regnet med, at for ca. to millioner år siden var vores tidlige slægtninge små og havde små hjerner. Derefter blev repræsentanter for en af arveradierne højere og udviklede en stor hjerne. Denne overgang markerede oprindelsen af vores art, Homo.
Men nogle gange fandt paleoanthropologer variationer, der var vanskelige at forstå. De to fossiler ser ud til at tilhøre den samme art på nogle måder, men meget forskellige i andre. Forskere har en tendens til at ignorere sådanne miljøinducerede forskelle.”Vi ville slippe af med det hele og komme til det punkt,” sagde Anton.
Men "alt dette" er for meget at ignorere. Forskere har fundet en svimlende række humanoidefossiler, der dateres tilbage til for mellem 1,5 og 2,5 millioner år siden. Nogle er høje og andre er ikke, andre har store hjerner, og andre har små hjerner. Alle deres skeletter deler Homo-træk, men hver har en forvirrende kombination af forskelle.
Anton mener, at principperne for udvidet syntese kan hjælpe forskere med at forstå denne forvirrende historie. Hun mener især, at hendes kolleger bør tage plasticitet alvorligt som en forklaring på den underlige mangfoldighed af tidlige menneskelige fossiler.
Til støtte for denne idé bemærkede Anthon, at levende mennesker har deres egen form for plasticitet. Kvaliteten af mad, som en kvinde får under graviditeten, kan påvirke babyens vækst og helbred, og virkningen kan spores tilbage til voksenlivet. Desuden kan størrelsen på kvinden selv, som delvis afhænger af sin egen mors kost, påvirke hendes børn. Biologer har fx fundet, at børn af kvinder med lange ben generelt er højere end deres jævnaldrende.
Anthon antydede, at de underlige ændringer fra det paleontologiske arkiv kunne være endnu mere dramatiske eksempler på plasticitet. Alle disse fossiler stammer fra en tid, hvor Afrikas klima var under ekstreme udsving. Tørke og kraftigt regn kunne ændre madressourcerne i forskellige regioner i verden og få de tidlige mennesker til at udvikle sig i en anden retning.
Udvidet evolutionær syntese teori kan også hjælpe os med at håndtere et andet kapitel i vores historie - fremkomsten af landbrug. I Asien, Afrika og Amerika har folk domesteret afgrøder og husdyr. Smithsonian arkæolog Melinda Zeder holdt en foredrag om den problematiske forståelse af, hvordan denne transformation kunne have fundet sted.
Inden folk begyndte at drive landbrug, skulle de få deres eget mad- og jagtspil. Zeder forklarede, hvor mange videnskabsmænd der fortolker samlernes adfærd i forbindelse med moderne evolutionær syntese: som noget fremragende reguleret af naturlig udvælgelse for at få bedre belønninger for deres bestræbelser på at finde mad.
Det er svært at forestille sig, hvordan sådanne samlere overhovedet kunne have skiftet til landbrug.”Du får ikke øjeblikkelig fornøjelse af at gribe mad og lægge den i munden,” fortalte Zeder.
Nogle forskere har antydet, at overgangen til landbrug kan have fundet sted under en klimaændring, da det blev meget vanskeligere at finde vilde planter. Men Zeder og andre har slet ikke fundet noget bevis for en krise, hvori landbruget kunne have opstået.
Zeder argumenterer for, at der er et andet synspunkt på denne sag. Mennesker er ikke lydige zombier, der prøver at overleve i et konstant miljø, men kreativt tænkende individer, der kan ændre miljøet selv og lede evolutionen i en ny retning.
Forskere kalder denne økologiske nichebygning, en proces, der involverer mange arter. Blandt de klassiske sager er bever værd at bemærke. De hugger træer ned og bygger en dæmning og skaber en dam. Under disse nye forhold vil nogle planter og dyrearter være bedre end andre. Og de vil tilpasse sig på nye måder til deres miljø. Dette gælder ikke kun planterne og dyrene, der lever rundt om bæverdammen, men også for beverne selv.
Ifølge Zeder var hendes første kendskab til konceptet om at opbygge en økologisk niche en åbenbaring for hende.”Det var som små eksplosioner i mit hoved,” fortalte hun mig. De arkæologiske fund indsamlet af hende og andre forskere vil hjælpe med at forstå, hvordan mennesker formåede at ændre miljøforholdene.
Tidlige samlere ser ud til at have flyttet vilde planter væk fra deres naturlige levesteder, så de altid kan findes ved hånden. Ved at vande planter og beskytte dem mod planteetere hjalp mennesker dem med at tilpasse sig deres nye miljø. Ukrudtsarter ændrede også deres habitat og blev uafhængige landbrugsafgrøder. Nogle dyr har også tilpasset sig deres miljø og bliver hunde, katte og andre husdyrarter.
Efterhånden, fra kaotisk spredte pletter af jord beboet af vilde planter, ændrede miljøforholdene sig til tæt beliggende åkreområder. Dette bidrog ikke kun til udviklingen af planter, men også til udviklingen af kultur blandt bønderne. I stedet for at vandre rundt i verden som nomader, bosatte de sig i landsbyer og fik muligheden for at dyrke jorden rundt. Samfundet er blevet mere stabilt, efterhånden som børn får økologisk arv fra deres forældre. Sådan begyndte civilisationen.
Opbygning af en økologisk niche er kun en af mange avancerede evolutionære syntesekoncepter, der kan hjælpe os med at forstå domestikationsprocessen, sagde Zeder. I løbet af sin tale præsenterede hun en række forudsigelser lysbillede fra lysbillede, lige fra bevægelser fra tidlige samlere til tempoet i planteudviklingen.
”Det føltes som en reklame for principperne om udvidet evolutionær syntese,” fortalte Zeder mig senere og lo. - Men det er ikke alt! Du kan få et sæt køkkenknive!"
Det naturlige valg er vendt tilbage
Blandt dem i rummet var en biolog ved navn David Schacker, en forsker ved University of St. Andrews. Han lyttede roligt til diskussionerne i halvanden dag og besluttede nu at tage ordet selv og løftede hånden.
Taleren foran ham var Denis Noble, en fysiolog med et chok af gråt hår og en blå jakke. Noble, der tilbragte det meste af sin karriere i Oxford, sagde, at han startede som en traditionel biolog, som troede, at gener var den ultimative årsag til alt i kroppen. Men i de senere år ændrede han mening og begyndte at tale om genomet ikke som et livsgrundlag, men som et følsomt organ, der registrerer stress og er i stand til at genopbygge for at overvinde problemer.”Det tog mig lang tid at komme til denne konklusion,” sagde Noble.
For at illustrere denne nye opfattelse talte Noble om en række nylige eksperimenter. En af dem blev offentliggjort sidste år af et team på University of Reading og var studiet af bakterier, der bevæger sig gennem miljøet ved hjælp af lange, roterende haler.
Først og fremmest isolerede forskere et gen fra DNA fra bakterier, der er ansvarlig for at dyrke en hale. Derefter placerede de de resulterende, ubesmittede individer i en petriskål med en mager forsyning med mad, som de snart spiste. Uden evnen til at bevæge sig døde de. På mindre end fire dage under disse dårlige forhold begyndte bakterierne at svømme igen. Ved tæt kontrol blev det opdaget, at de havde dyrket nye haler.
”Strategien er at skabe hurtige evolutionære ændringer i genomet som svar på negative eksterne påvirkninger,” forklarede Noble for publikum. "Det er et selvbærende system, der tillader visse egenskaber at manifestere sig uafhængigt af DNA."
Shaker fandt det ikke overbevisende, og efter at applaus var aftaget, besluttede han at gå ind i en diskussion med Noble.
"Kunne du kommentere mekanismen bag denne opdagelse?" - spurgte Shaker.
Noble begyndte at stamme.”Mekanismen generelt kan jeg, ja…” sagde han og begyndte derefter at tale om netværk og regler og den feberlige søgen efter en vej ud af krisen.”Du skal henvise til den originale tekst til rapporten,” sagde han derefter.
Da Noble kæmpede for at svare, kiggede Shaker på foredraget, der var åbent på hans udklipsholder. Og han begyndte at læse et af afsnittene højt op.
”Vores fund viser, at naturligt valg hurtigt kan ændre regulatoriske netværk,” læste Shaker og satte sin iPad ned.”Dette er et vidunderligt, bare vidunderligt eksempel på hurtig ny-darwinistisk udvikling,” sagde han.
Shaker fik selve essensen af følelserne hos et betydeligt antal skeptikere, som jeg var i stand til at tale med på konferencen. Den ambitiøse retorik om paradigmeskiftet var for det meste ubegrundet, sagde de. Disse skeptikere forblev dog ikke i skyggerne. Nogle af dem besluttede at tage ordet personligt.
”Jeg tror, jeg forventes at tale om juraudvikling,” sagde Douglas Futuima og tog podiet. Futuima er en flydende biolog ved Stony Brook University i New York og forfatteren af en større lærebog om evolution. Under mødet blev han oversvømmet af klager over, at lærebøger var meget opmærksomme på ting som epigenetik og plasticitet. Faktisk blev Futuima bare opfordret til at forklare kolleger, hvorfor disse begreber blev ignoreret.
”Vi må indrømme, at de grundlæggende elementer i den syntetiske evolutionsteori er stærke og gyldige,” sagde Futuima. Ikke kun det tilføjede han, men de biologiske sorter, der blev diskuteret i Royal Society, er egentlig ikke så nye. Skaberne af den syntetiske evolutionsteori omtalte dem for mere end 50 år siden. For at forstå dem er der blevet foretaget mange undersøgelser baseret på moderne evolutionær syntese.
Tag plasticitet. Genetisk variation i dyr eller planter regulerer rækkevidden af former en organisme kan udvikle sig til. Mutationer er i stand til at ændre dette interval. Og de matematiske modeller for naturlig udvælgelse viser, hvordan det kan fremme bestemte typer af plasticitet på andres bekostning.
Hvis teorien om udvidet evolutionær syntese ikke er brug for nogen, hvordan er det da, at et helt møde i Royal Society of Science blev viet til det? Futuima antydede, at denne interesse var emotionel snarere end videnskabelig. Dens principper gjorde livet til en drivende kraft, ikke et sovende mutationsvåben.
”Jeg tror, at videnskab ikke kan være baseret på det, vi føler følelsesmæssigt eller æstetisk mere attraktivt,” sagde Futuima.
Alligevel gjorde han sig meget for at vise, at den forskning, der blev diskuteret i sessionen, kunne føre til nogle interessante konklusioner om evolution. Men disse konklusioner kan kun opstå som et resultat af hårdt arbejde, som medfører fremkomsten af pålidelige data.”Der er skrevet nok essays og rapporter om dette emne,” sagde han.
Nogle medlemmer af publikum begyndte at bickre med Futuima. Andre skeptiske talere blev narret af argumenter, de mente var meningsløse. Men mødet blev stadig afsluttet den tredje dag uden kamp.
”Dette er sandsynligvis det første af mange, mange møder,” fortalte Lalande mig. I september modtog et konsortium af videnskabsmænd i Europa og USA finansiering på $ 11 millioner (heraf 8 millioner dollars fra John Templeton Foundation) til at gennemføre 22 undersøgelser af principperne for avanceret evolutionær syntese.
Mange af disse undersøgelser vil teste de forudsigelser, der er fremkommet fra den syntetiske evolutionsteori i de sidste par år. De vil for eksempel finde ud af, om arter, der bygger deres eget habitat - spindelvev, hornets reder osv. - kan vokse til flere arter end dem, der ikke gør det. De vil også overveje, om høj plasticitet muliggør hurtigere tilpasning til nye forhold.
”At udføre denne forskning er det, som vores kritikere beder om,” sagde Lalande. "Gå og find bevis."