Richard Dawkins od lat przekonuje do koncepcji samolubnego genu, którego jedynym celem jest skuteczne zwiększanie liczby swoich kopii (replikacja) w brutalnym świecie, gdzie przetrwać mogą tylko Ci najsilniejsi (patrz przypis [1]). Jednak czy naprawdę w naszym świecie jest miejsce tylko na bezwzględną konkurencję?

Faktycznie, gen który przynosi korzyści organizmom, w których jest obecny, ma większe szanse przetrwać w procesie ewolucji. Jeśli gen na przykład powoduje, że samiec jest atrakcyjniejszy dla samicy, bądź że łatwiej mu unikać drapieżników, to jego właściciel ma większe szanse przetrwać do wieku reprodukcyjnego, zdobyć partnerkę i spłodzić potomstwo. W ten sposób gen zostanie przekazany do następnego pokolenia, i w dłuższej perspektywie czasowej, zwiększy się liczba jego kopii w populacji. Mechanizm ten nazywany doborem naturalnym został opisany jeszcze przez Karola Darwina (patrz przypis [2]) i leży u podstaw naszego rozumienia ewolucji.

Jednak, mam dobrą wiadomość dla tych których przygnębia wizja świata, w którym przetrwać mogą jedynie najsilniejsi. Jeśli przyjrzymy się pszczołom i ich organizacji społecznej, to okazuje się, że nie zawsze przetrwanie opiera się na bezwzględnej konkurencji. Pszczoły robotnice wszak narażają życie dla swojego roju. Dlaczego? Okazuje się, że pszczele robotnice dzielą ze swoimi siostrami aż 75% swoich genów (patrz przypis [3]). To większy stopień pokrewieństwa niż między matką a dzieckiem, a przecież narażanie życia dla własnego potomstwa nikogo z nas nie dziwi. Jeśli bowiem pomagam swojemu dziecku, to dlatego, że gwarantuje to przetrwanie moich genów. Ten sam mechanizm działa u pszczół i ogólnie pomiędzy spokrewnionymi osobnikami. Im większy stopień pokrewieństwa (czyli mówiąc potocznie, ilość współdzielonych genów) tym większa korzyść z pomagania krewnym. Takie spostrzeżenie leży u podstaw teorii Hamiltona, która wyjaśnia istnienie i pochodzenie altruizmu (patrz przypis [4]).

Co ciekawe, nie trzeba nawet być spokrewnionym, aby opłacało się pomagać innym.

Jest kilka biologicznych teorii, które wyjaśniają współpracę i altruizm pomiędzy niespokrewnionymi organizmami. Jedną z nich jest teoria odwzajemnionego altruizmu zaproponowana przez Roberta Triversa (patrz przypis [5]), która zakłada, że pomoc okazana innym „wróci do nas” kiedy będziemy jej potrzebować. Innymi słowy, że czujemy się zobligowani do pomocy tym, którzy wcześniej pomogli nam. Takie zachowanie łatwo sobie wyobrazić u gatunków z wysoko rozwiniętym życiem społecznym, np. ludzi. Ale czy prostsze organizmy też mogą współpracować? Okazuje się, że współpraca obserwowana jest na wszystkich szczeblach świata ożywionego, a nawet i nieożywionego!

Jednokomórkowe organizmy często „uwspólniają” swoje procesy metaboliczne.

Na przykład drożdże piekarskie pożywione sacharozą wydzielają enzym zwany inwertazą, który rozkłada sacharozę na cukry proste jeszcze w przestrzeni międzykomórkowej. Tak powstałe cukry proste (glukoza i fruktoza) są dostępne dla wszystkich organizmów w populacji (patrz przypis [6]). Czy ktoś z czytelników kiedyś wyobrażał sobie przy pieczeniu pizzy jaka fantastyczna praca grupowa zachodzi w waszej kuchennej misce?

Również bakterie często współpracują. Modelowym gatunkiem jest bakteria Pseudomonas aeruginosa, która wydziela związki organiczne siderofory aby „grupowo” wychwytywać potrzebne im żelazo (patrz przypis [7]). W obu przypadkach współpraca zakodowana jest na pojedynczym genie. Jak ten gen przetrwał i zyskał na popularności, skoro wcale nie jest samolubny? Otóż współpraca przynosi korzyści całej populacji. Na przykład, kiedy drożdże mają za dużo pożywienia, albo jest ono rozłożone nierównomiernie w przestrzeni, bardziej opłaca się podzielić nim z innymi niż ryzykować, że część komórek dostanie za dużo cukru i strawi go „nieefektywnie”, a część komórek nie dostanie go wcale. Moglibyśmy się wiele nauczyć od drożdży, prawda?

Jeśli jednak wydaje się nam, że na tym kończy się złożoność altruistycznych relacji w świecie mikrobiologii, to nic bardziej mylnego! Prawdziwie fascynujące zjawiska dzieją się kiedy przyjrzymy się materii, która nie spełnia podstawowych cech organizmów żywych (np. zdolność do samodzielnego rozmnażania). Otóż olbrzymia część różnorodności biologicznej wcale nie jest zakodowana na chromosomach organizmów żywych a przenoszona jest przez takie właśnie „jednostki” nieożywione. Składają się na nie m.in. wirusy, które wykorzystują mechanizmy komórkowe swojego gospodarza, aby się namnażać, oraz plazmidy, które przekazywane są często między komórkami bakteryjnymi pozostającymi w bliskim fizycznym kontakcie. Wszystkie te „bolidy” materiału genetycznego podlegają selekcji naturalnej tak samo jak organizmy ożywione. Czy jednak muszą być one samolubne? Nie do końca… Geny zakodowane na plazmidach, a nawet wirusach, ułatwiają swoje namnażanie i rozprzestrzenianie, jeśli pomagają przetrwać i rozmnożyć się swoim gospodarzom. Na przykład geny odpowiadające za zjadliwość bakterii cholery Vibrio cholerae zakodowane są na profagach, czyli wirusach, których genom wbudowuje się w genom bakterii (patrz przypis [8]). Również znakomita część genów odpowiedzialnych za oporność na antybiotyki zakodowana jest na materiale genetycznym (t.zw. „mobile genetic elements” (MGEs)), który może przemieszczać się wewnątrz genomu lub pomiędzy genomami różnych mikrobów, np. w formie plazmidów, transpozonów, integronów albo wirusów. Można je zatem rozumieć jako odrębne jednostki ewolucji, które z jednej strony nazywane są „samolubnymi elementami genetycznymi” (ang. „selfish genetic elements”), a z drugiej często przynoszą korzyści mikroorganizmom, w których genom się wbudowują. Przykładami takich korzystnych genów są te, które odpowiadają za oporność na antybiotyki (korzystne dla bakterii, ale niekoniecznie dla nas!), albo nawet za wewnątrzgatunkową współpracę (patrz przypis [9]).

Okazuje się zatem, że współpraca jest obserwowana nie tylko pomiędzy osobnikami tego samego gatunku, ale może być nawet integralną częścią infekcji np. tej pomiędzy bakteriami i ich wirusami. Tym optymistycznym akcentem pozostaje mi życzyć sobie i czytelnikom aby następna pandemia dotykająca ludzkości związana była właśnie z takim wirusem, który zadba o swojego gospodarza, uczyni nas ładniejszymi, inteligentniejszymi, a najlepiej bardziej współpracującymi ze sobą nawzajem.

Literatura:

[1] Dawkins, Richard, and Nicola Davis. The selfish gene. Macat Library, 2017.

[2] Darwin, Charles. The origin of species. New York: PF Collier & son, 1909.

[3] Wilson, E. O. “The insect societies Harvard University Press.” Cambridge, Mass (1971).

[4] Hamilton, William D. “The genetical evolution of social behaviour. II.” Journal of theoretical biology 7.1 (1964): 17-52.

[5] Trivers, Robert L. “The evolution of reciprocal altruism.” The Quarterly review of biology 46.1 (1971): 35-57.

[6] Craig Maclean, R., and C. Brandon. “Stable public goods cooperation and dynamic social interactions in yeast.” Journal of evolutionary biology 21.6 (2008): 1836-1843.

[7] Buckling, Angus, et al. “Siderophore-mediated cooperation and virulence in Pseudomonas aeruginosa.” FEMS microbiology ecology 62.2 (2007): 135-141.

[8] Lin, Wei, et al. “Identification of a Vibrio cholerae RTX toxin gene cluster that is tightly linked to the cholera toxin prophage.” Proceedings of the National Academy of Sciences 96.3 (1999): 1071-1076.

[9] Nogueira, Teresa, et al. “Horizontal gene transfer of the secretome drives the evolution of bacterial cooperation and virulence.” Current Biology 19.20 (2009): 1683-1691.

Fakty i Mity Genetyki tworzone są przez pasjonatów, specjalistów w swoich dziedzinach.
Ten artykuł czytasz za darmo, bez reklam, bez spamu. Doceń naszą pracę i postaw nam wirtualną kawę 🙂
Dziękujemy! – Wasza Redakcja FiMG