Nyere vitenskapelige funn har ført noen forskere til den konklusjon at det er nødvendig å gjøre justeringer og tillegg til den syntetiske evolusjonsteorien.
Kevin Lalande turnerte i konferanserommet, som hadde samlet flere hundre mennesker for å diskutere fremtidens evolusjonsbiologi. En av kollegene satte seg sammen med ham og spurte hvordan han trodde at ting gikk i dette området.
"Alt ser ut til å gå bra," svarte Laland. "Det har ikke vært noen alvorlige tvister ennå."
Kevin Lalande er en evolusjonsbiolog ved University of St. Andrews i Skottland. På en kald, overskyet november ettermiddag kom han til London for å være vertskap for et møte i Royal Scientific Society on New Trends in Evolutionary Biology. Salen var fylt av biologer, antropologer, leger, informatikere og selvutnevnte ideologer. Royal Society of Science ligger i en staselig bygning med utsikt over St. James's Park. Det eneste Lalande kunne se fra de høye vinduene i konferanserommet i dag, var stillas- og fasademasken for oppussingsarbeid. Inne, håpet Lalande, ville det også være en modernisering i dag, men av en annen type.
På midten av 1900-tallet supplerte biologer Darwins evolusjonsteori med nye funn fra genetikk og andre vitenskapelige områder. Resultatet av dette var den såkalte "syntetiske evolusjonsteorien", som har satt retningen for evolusjonsbiologien i 50 år. På den tiden lærte forskere mange fakta om hvordan livet fungerer, og kan nå sekvensere hele genomer, se hvordan gener slår seg av og på i å utvikle embryoer, og hvordan dyr og planter reagerer på endringer i miljøet.
Som et resultat kom Lalande og en gruppe biologer som deler samme mening med ham, til den konklusjon at den syntetiske evolusjonsteorien må revideres. Det ble nødvendig å gi den en ny form for evolusjonsvisjon, som de kalte begrepet "utvidet syntese". Andre biologer har uttrykt sin uenighet og hevdet at det ikke er tilstrekkelig grunnlag for et slikt paradigmeskifte.
Dette møtet i Royal Society of Science var den første offentlige konferansen der Lalande og hans kolleger hadde muligheten til å presentere sitt syn på saken. Men Lalande var ikke i humør til å bare forkynne sine synspunkter for likesinnede, så prominente evolusjonsbiologer som var skeptiske til prinsippene for utvidet syntese ble også invitert til konferansen.
Begge sider uttrykte sine synspunkter og kritikk på en sivilisert måte, men noen ganger var det spenning i publikum, uttrykt i rasende, bølgende øyne og magre applaus.
Salgsfremmende video:
Men det kom aldri til kamper. I hvert fall for nå.
Evolusjon som vanlig
For enhver vitenskap kommer det en tid med transformasjon og en tid der ting går som vanlig. Etter at Galileo og Newton trakk fysikken ut av gamle misoppfatninger på 1600-tallet, begynte det å gå videre fra den ene ydmyke bragden til den neste fram til 1900-tallet. Da la Einstein og andre forskere grunnlaget for kvantefysikk, presenterte relativitetsteorien og andre nye måter å kjenne universet på. Ingen av dem hevdet at Newton tok feil. Men det viser seg at universet faktisk ikke bare er materie i bevegelse.
Evolusjonær biologi har hatt sine egne revolusjoner. Den første begynte absolutt i 1859 med Charles Darwins The Origin of Species. Darwin kombinerte informasjon fra feltontologi, embryologi og andre vitenskaper for å vise det vanlige opphavet til alle levende organismer. Han introduserte også konseptet naturlig seleksjon, en mekanisme for å håndtere disse langsiktige endringene. Hver generasjon av artene viste stor variasjon. Noen ganger hjalp det organismer å overleve og reprodusere seg, og, takket være arvelighet, ble det videreført til de neste generasjonene.
Darwin inspirerte biologer over hele verden til å studere dyr og planter fra et nytt perspektiv, og tolket deres biologi som tilpasninger fra tidligere generasjoner. Og det lyktes han med, til tross for at han ikke ante om gener. Det var først på 1930-tallet at genetikere og biologer slo seg sammen og reformulerte evolusjonsteorien. Arvelighet har blitt sett på som overføring av gener fra generasjon til generasjon. Endringene skyldtes mutasjoner som kunne blandes for å lage nye kombinasjoner. Nye arter dukket opp da mutasjoner ble dannet i bestander som gjorde interspesialkryssing umulig.
I 1942 beskrev den britiske biologen Julian Huxley dette gryende konseptet i sin bok Evolution: Modern Synthesis. Forskere bruker fortsatt dette navnet. (De refererer noen ganger til den som ny-Darwinisme, selv om begrepet faktisk er misvisende. Begrepet neo-Darwinisme ble myntet på 1800-tallet og ble brukt av biologer som fremmet Darwins ideer i løpet av hans levetid.)
Den syntetiske evolusjonsteorien har vist seg å være et kraftig verktøy innen naturrelaterte spørsmål. Forskere har brukt det til en rekke livshistoriske funn, for eksempel hvorfor noen mennesker er utsatt for genetiske sykdommer som sigdcellesykdom, eller hvorfor plantevernmidler før eller siden slutter å jobbe med skadedyr. Men rett etter dannelsen av begrepet moderne syntese, begynte forskjellige biologer med jevne mellomrom å klage over dens overdrevne kategorisering. Imidlertid er det først de siste årene at Lalande og andre forskere har vært i stand til å forene og koordinere innsatsen for å utvikle prinsippene for en utvidet evolusjonær syntese som kan erstatte ham.
Forskere anser ikke den syntetiske evolusjonsteorien for å være et feilaktig begrep - den er ganske enkelt ikke i stand til å gjenspeile all evolusjonens rikdom. Organismer arver mer enn bare gener - de kan arve andre cellulære molekyler så vel som atferden de lærer og deres forfedres leveområder. Lalande og kollegene bestrider også den overordnede rollen til naturlig seleksjon i å forklare hvordan livet ble slik vi kjenner det i dag. Evolusjonsforløpet kan påvirkes av andre prosesser, fra reglene for hvilken art utvikler seg, til de ytre forholdene til beboelsen deres.
"Det handler ikke om å skru flere og flere maskiner til det vi allerede har," sa Lalande. "Vi må se på årsakssammenheng fra en annen vinkel."
Kompletter Darwin
Tel Aviv-universitetsbiolog Eva Jablonka prøvde i talen sin å analysere bevisene for at ikke bare gener kan bestemme arvelighetsformene.
Cellene våre bruker en rekke molekyler for å gjenkjenne hvilke gener som lager proteiner. For eksempel, i en prosess som kalles metylering, begrenser celler DNAet deres for å holde visse gener lukket. Når celler deler seg, kan de bruke samme prinsipp, og dermed kontrollere nytt DNA. Visse signaler mottatt fra miljøet kan føre til at celler endrer den såkalte "epigenetiske" kontrollen, slik at organismer kan tilpasse seg nye forhold.
Noen studier viser at under visse omstendigheter kan epigenetiske forandringer hos foreldrene overføres til avkom. Og de kan på sin side videreformidle denne endrede epigenetiske koden til barna sine. Dette er en type arv utenfor gener.
Dette arvelighetsprinsippet sees spesielt tydelig i planter. I en studie kunne forskere spore et endret metyleringsmønster opp til 31 generasjoner ved å bruke en plante som heter Arabidopsis. Denne typen arv kan endre kroppens funksjon betydelig. I en annen studie fant forskere at arvelige metyleringsmønstre kunne endre blomstringstiden for Arabidopsis og påvirke størrelsen på røttene. Variasjonen forårsaket av disse mønstrene var større enn den forårsaket av vanlige mutasjoner.
Etter å ha lagt frem bevisene, argumenterte Yablonka for at epigenetiske forskjeller kunne bestemme organismenes modenhet for formering. "Naturlig utvalg kan ha innvirkning på dette systemet," sa hun.
Siden naturlig utvalg har en betydelig innvirkning på evolusjonsforløpet, presenterte konferansedeltakerne bevis på hvordan det kan begrenses eller forskyves i en annen retning. Universitetet i Wien biolog Gerd Müller siterte et eksempel fra sin egen forskning på øgler. Noen arter av øgler har mistet tærne på bakbeina under evolusjonen. Noen arter hadde bare fire tær, andre bare en, og noen mistet lemmene helt.
I følge Mueller fører den syntetiske evolusjonsteorien til at forskere ser på disse mekanismene som bare et resultat av naturlig seleksjon, som favoriserer ett alternativ på grunn av fordelene med å overleve. Men denne tilnærmingen vil ikke fungere hvis du lurer på hva som er fordelen for en viss art av individer ved tap av første og siste fingre, og ikke noen andre.
"Svaret på det spørsmålet er at det ikke er noen reell selektiv fordel," sa Mueller.
Nøkkelen til å forstå hvorfor øgler mister visse tær er først og fremst hvordan øgleres tær utvikler seg i deres embryonale tilstand. Prosesser vises først på sidene, og deretter utvikler det seg fem fingre fra dem, alltid i samme sekvens. Og de mister dem i løpet av evolusjonen i omvendt rekkefølge. Müller antyder at slike begrensninger er forårsaket av mutasjoners manglende evne til å reprodusere alle mulige endringer i en egenskap. Visse fingerkombinasjoner er dermed utilgjengelige, og naturlig valg kan ikke velge dem i det hele tatt.
Utvikling kan begrense evolusjonen, og på den annen side gir dyr og planter høy plastisitet. Sonia Sultan, en evolusjonær økolog ved Wesleyan University, ga et underlig eksempel i talen sin, der hun snakket om urten til bokhvete-familien hun studerte, peppermynten.
Innenfor rammen av moderne syntese, sa Sultan, vil tilpasningen av fjellklatreren virke for deg som et finjustert resultat av naturlig utvalg. Hvis den vokser under lite lysforhold, vil naturlig utvalg favorisere planter med endrede egenskaper som lar dem trives i miljøet, for eksempel ved å utvikle bredere blader for fotosyntese. Og de som vokser i sterkt sollys utvikler tilpasninger for vellykket vekst under forskjellige forhold.
"Dette taler til fordel for synspunktet om at vårt møte er dedikert til å motsette seg," sa Sultan.
Hvis du dyrker genetisk identiske Knotweed-planter under forskjellige forhold, ender du opp med planter som ser ut til å tilhøre forskjellige arter.
For det første justerer peppermynten størrelsen på bladene etter mengden sollys den får. I sterkt lys blir bladene smale og tykke, og i lite lys blir de brede og tynne. I tørr jord slår disse plantene rot dypt ned i jorden på jakt etter vann, og i godt fuktig jord blir røttene korte, hårete og grunne.
Forskere på møtet argumenterte for at slik plastisitet kan bidra til utviklingen av seg selv. Det lar planter spre seg i forskjellige naturtyper, for eksempel til hvilket naturlig utvalg som deretter tilpasser genene. Blant foredragsholderne var Susan Anton, en paleoanthropolog ved New York University, som hevdet at plastisitet kunne spille en betydelig rolle i hittil undervurdert menneskelig evolusjon. Dette fordi moderne syntese i løpet av det siste halve århundret har påvirket studien betydelig.
Paleoanthropologer hadde en tendens til å behandle trekkene som ble funnet i fossilene som et resultat av genetiske forskjeller. Dette tillot dem å gjenskape menneskets evolusjonære tre og utdødde former i nærheten av ham. Tilhengere av denne tilnærmingen har oppnådd betydelige resultater, innrømmet Anton. På 1980-tallet hadde forskere funnet ut at for cirka to millioner år siden, var de tidlige slektningene våre små og hadde små hjerner. Da ble representanter for en av arvelinjene høyere og utviklet en stor hjerne. Denne overgangen markerte opprinnelsen til vår art, Homo.
Men noen ganger fant paleoanthropologer variasjoner som var vanskelig å forstå. De to fossilene kan se ut til å tilhøre den samme arten på noen måter, men veldig forskjellige i andre. Forskere har en tendens til å ignorere slike miljøinduserte forskjeller. "Vi ønsket å bli kvitt det hele og komme til poenget," sa Anton.
Men "alt dette" er for mye å ignorere. Forskere har funnet et svimlende utvalg av humanoidfossiler som stammer fra mellom 1,5 og 2,5 millioner år siden. Noen er høye og andre er ikke, noen har store hjerner, og noen har små hjerner. Alle skjelettene deres har Homo-trekk, men hver har en forvirrende kombinasjon av forskjeller.
Anton mener at prinsippene for utvidet syntese kan hjelpe forskere til å forstå denne forvirrende historien. Hun mener spesielt at kollegene hennes bør ta plastisitet på alvor som en forklaring på det merkelige mangfoldet av tidlige menneskelige fossiler.
Til støtte for denne ideen bemerket Anthon at levende mennesker har sin egen type plastisitet. Kvaliteten på maten en kvinne får under graviditet kan påvirke veksten og helsen til babyen, og virkningen kan spores tilbake til voksen alder. Dessuten kan størrelsen på kvinnen selv, som delvis avhenger av sin egen mors kosthold, påvirke barna hennes. Biologer har for eksempel funnet at barn til kvinner med lange ben generelt er høyere enn jevnaldrende.
Anthon antydet at de rare endringene fra det paleontologiske arkivet kunne være enda mer dramatiske eksempler på plastisitet. Alle disse fossilene stammer fra en tid da Afrikas klima gjennomgikk ekstreme svingninger. Tørke og kraftig regn kan endre matressursene i forskjellige regioner i verden, og føre til at de tidlige menneskene utviklet seg i en annen retning.
Utvidet evolusjonær syntese teori kan også hjelpe oss med å håndtere et annet kapittel i vår historie - fremveksten av jordbruk. I Asia, Afrika og Amerika har folk tamme avlinger og husdyr. Smithsonian arkeolog Melinda Zeder holdt foredrag om den problematiske forståelsen av hvordan denne transformasjonen kunne ha skjedd.
Før folk begynte å drive jordbruk, måtte de skaffe seg eget mat- og jaktspill. Zeder forklarte hvor mange forskere som tolker samlingsatferd i sammenheng med moderne evolusjonær syntese: som noe suverent regulert av naturlig utvalg for å få bedre belønninger for deres innsats for å finne mat.
Det er vanskelig å forestille seg hvordan slike samlere i det hele tatt kunne ha gått over til jordbruk. "Du får ikke øyeblikkelig glede av å ta mat og putte den i munnen," sa Zeder til meg.
Noen forskere har antydet at overgangen til jordbruk kan ha skjedd under en klimaendring, da det var mye vanskeligere å finne ville planter. Men Zeder og andre har ikke funnet bevis på noen krise der landbruket kunne ha oppstått.
Zeder argumenterer for at det er et annet synspunkt på denne saken. Mennesker er ikke lydige zombier som prøver å overleve i et konstant miljø, men kreativt tenkende individer som kan endre miljøet selv og lede evolusjonen i en ny retning.
Forskere kaller denne økologiske nisjebyggingen, en prosess som involverer mange arter. Blant de klassiske sakene er bever verdt å merke seg. De hugger ned trær og bygger en demning og lager et tjern. Under disse nye forholdene vil noen arter av planter og dyr være bedre enn andre. Og de vil tilpasse seg på nye måter til omgivelsene sine. Dette gjelder ikke bare planter og dyr som lever rundt beverdammen, men også for beverne selv.
I følge Zeder var hennes første bekjentskap med konseptet å bygge en økologisk nisje en åpenbaring for henne. "Det var som små eksplosjoner i hodet mitt," fortalte hun. De arkeologiske funnene som er samlet inn av henne og andre forskere, vil bidra til å forstå hvordan mennesker klarte å endre miljøforholdene.
Tidlige samlere ser ut til å ha flyttet ville planter bort fra sine naturlige leveområder, slik at de alltid kan bli funnet for hånden. Ved å vanne planter og beskytte dem mot planteetere, hjalp mennesker dem til å tilpasse seg sitt nye miljø. Ugrasarter endret også habitat og ble uavhengige landbruksavlinger. Noen dyr har også tilpasset omgivelsene sine og blitt hunder, katter og andre husdyrarter.
Etter hvert, fra kaotisk spredte lapper av land bebodd av ville planter, ble miljøforholdene endret til tett beliggende åkerfelt. Dette bidro ikke bare til utviklingen av planter, men også til utviklingen av kultur blant bøndene. I stedet for å vandre rundt i verden som nomader, bosatte de seg i landsbyer og fikk muligheten til å dyrke landet rundt. Samfunnet har blitt mer stabilt ettersom barn får økologisk arv fra foreldrene. Slik begynte sivilisasjonen.
Å bygge en økologisk nisje er bare ett av mange avanserte evolusjonære syntesekonsepter som kan hjelpe oss med å forstå domestiseringsprosessen, sa Zeder. Under talen sin presenterte hun en rekke spådommer lysbilde for lysbilder, alt fra bevegelser fra tidlige samlere til tempoet i planteutviklingen.
"Det føltes som en reklamefilm for prinsippene for utvidet evolusjonær syntese," fortalte Zeder meg senere, og lo. - Men det er ikke alt! Du kan få et sett med kjøkkenkniver!"
Avkastningen av naturlig utvalg
Blant dem i rommet var en biolog ved navn David Schacker, en forsker ved University of St. Andrews. Han lyttet rolig til diskusjonene i halvannen dag, og bestemte seg nå for å ta ordet selv og løftet hånden.
Foredragsholderen foran ham var Denis Noble, en fysiolog med et sjokk av grått hår og en blå jakke. Noble, som tilbrakte mesteparten av sin karriere i Oxford, sa at han startet som en tradisjonell biolog, som mente at gener var den endelige årsaken til alt i kroppen. Men de siste årene ombestemte han seg og begynte å snakke om genomet ikke som et livsgrunnlag, men som et følsomt organ som oppdager stress og er i stand til å gjenoppbygge for å overvinne problemer. "Det tok meg lang tid å komme til denne konklusjonen," sa Noble.
For å illustrere dette nye synet snakket Noble om en rekke nylige eksperimenter. En av dem ble publisert i fjor av et team ved University of Reading og var studiet av bakterier som beveger seg gjennom miljøet ved hjelp av lange, roterende haler.
Først av alt isolerte forskere et gen fra DNA fra bakterier som er ansvarlig for å dyrke en hale. Deretter plasserte de de resulterende smalende individene i en petriskål med en liten tilførsel av mat, som de snart konsumerte. Uten muligheten til å bevege seg døde de. På under fire dager under disse vanskelige forholdene begynte bakteriene å svømme igjen. Ved nøye inspeksjon ble det oppdaget at de hadde dyrket nye haler.
"Strategien er å skape raske evolusjonære endringer i genomet som svar på ugunstige ytre påvirkninger," forklarte Noble for publikum. "Det er et selvopprettholdende system som lar visse egenskaper manifestere seg uavhengig av DNA."
Shaker fant det ikke overbevisende, og etter at applausen falt, bestemte han seg for å inngå en diskusjon med Noble.
"Kan du kommentere mekanismen bak denne oppdagelsen?" - spurte Shaker.
Noble begynte å stamme. "Mekanismen generelt sett, det kan jeg, ja …" sa han og begynte deretter å snakke om nettverk og regler og det febende søket etter en vei ut av krisen. "Du må referere til den opprinnelige teksten til rapporten," sa han da.
Mens Noble kjempet for å svare, kikket Shaker på foredraget som var åpent på utklippstavlen hans. Og han begynte å lese et av avsnittene høyt.
"Funnene våre viser at naturlig utvalg raskt kan endre reguleringsnettverk," leste Shaker og la ned sin iPad. "Dette er et fantastisk, bare fantastisk eksempel på rask ny-darwinsk utvikling," sa han.
Shaker fikk kjernen i følelsene til et betydelig antall skeptikere som jeg var i stand til å snakke med på konferansen. De ambisiøse retorikkene om paradigmeskiftet var stort sett ubegrunnet, sa de. Disse skeptikerne forble imidlertid ikke i skyggene. Noen av dem bestemte seg for å ta ordet personlig.
"Jeg tror at jeg forventes å snakke om jurautvikling," sa Douglas Futuima og tok pallen. Futuima er flytende biolog ved Stony Brook University i New York og forfatteren av en større lærebok om evolusjon. Under møtet ble han oversvømmet av klager på at lærebøker ga liten oppmerksomhet til ting som epigenetikk og plastisitet. Faktisk ble Futuima bare invitert til å forklare kollegene hvorfor disse konseptene ble ignorert.
"Vi må innrømme at de grunnleggende prinsippene for den syntetiske evolusjonsteorien er sterke og gyldige," sa Futuima. Ikke bare det, la han til, men biologiens varianter som ble diskutert i Royal Society er egentlig ikke så nye. Skaperne av den syntetiske evolusjonsteorien omtalte dem for mer enn 50 år siden. For å forstå dem, har mange studier basert på moderne evolusjonær syntese blitt utført.
Ta plastisitet. Genetisk variasjon i dyr eller planter regulerer rekkevidden av former en organisme kan utvikle seg til. Mutasjoner er i stand til å endre dette området. Og de matematiske modellene for naturlig utvalg viser hvordan det kan fremme visse typer plastisitet på bekostning av andre.
Hvis teorien om utvidet evolusjonær syntese ikke er nødvendig av noen, hvordan er det da at et helt møte i Royal Society of Science ble viet til det? Futuima antydet at denne interessen var emosjonell snarere enn vitenskapelig. Prinsippene gjorde livet til en pådriver, ikke et sovende mutasjonsvåpen.
"Jeg tror at vitenskap ikke kan være basert på det vi føler følelsesmessig eller estetisk mer attraktivt," sa Futuima.
Og likevel gikk han veldig for å vise at forskningen som ble diskutert i møtet, kunne føre til noen interessante konklusjoner om evolusjon. Men disse konklusjonene kan bare oppstå som et resultat av hardt arbeid, som innebærer fremveksten av pålitelige data. "Det er skrevet nok essays og rapporter om dette emnet," sa han.
Noen medlemmer av publikum begynte å bikkle med Futuima. Andre skeptiske foredragsholdere ble lurt av argumenter de mente var meningsløse. Men møtet var fortsatt fullført den tredje dagen uten kamper.
"Dette er sannsynligvis det første av mange, mange møter," fortalte Lalande. I september mottok et konsortium av forskere i Europa og USA finansiering på $ 11 millioner (hvorav 8 millioner dollar fra John Templeton Foundation) for å gjennomføre 22 studier om prinsippene for avansert evolusjonær syntese.
Mange av disse studiene vil teste spådommene som har kommet frem fra den syntetiske evolusjonsteorien de siste årene. De vil for eksempel finne ut om arter som bygger sitt eget habitat - spindelvev, hornets reir og så videre - kan vokse til flere arter enn de som ikke gjør det. De vil også vurdere om høy plastisitet muliggjør raskere tilpasning til nye forhold.
"Å gjøre denne forskningen er det kritikerne våre ber om," sa Lalande. "Gå og finn bevis."
