Istnieje w ewolucji pewna nieskromna tendencja, która za miarę postępu każe nam przyjmować złożoność wytworzonych form. Nie jest ona jednak do końca prawdziwa. Ekspresja dużej liczby genów wiąże się bowiem ze zużywaniem ogromnej ilości energii i substancji budulcowych, których zdobycie bywa często kłopotliwe ze względu na ograniczone zasoby środowiska.

Z tych właśnie powodów niektóre cechy zanikają z pokolenia na pokolenie. Jest to tak zwana ewolucja redukcyjna genomu. Dotyczy ona głównie niepotrzebnych i uciążliwych genów, stanowiących swego rodzaju balast i usuwanych z całkiem oczywistych powodów. Niektóre organizmy tracą jednak zdolność do pełnienia pewnych niezbędnych z założenia funkcji, a mimo to wciąż są w stanie nie tylko przetrwać, ale również efektywnie się rozmnażać.

Kluczem do ich sukcesu jest wyzysk, czyli korzystanie z pracy innych, bardziej naiwnych osobników. Zjawisko to występuje dość powszechnie. Kto z nas nie słyszał o pasożytach takich jak np. tasiemiec, który żyjąc w jelitach swojego gospodarza posila się gotowymi składnikami odżywczymi, pochodzącymi ze strawionego już jedzenia. Dzięki temu udogodnieniu mógł on sobie pozwolić na całkowitą utratę własnego układu pokarmowego. Zależność tą łatwo jest nam zrozumieć, ponieważ na własne oczy widzimy, kto jest poszkodowany, a kto zyskuje na owym nieuczciwym interesie.

Co jednak począć w przypadku organizmów, które mimo iż żyją na własną rękę, zdołały w podobny, zastanawiający sposób ograniczyć wielkość swoich genomów? Przykładowo, bakterie planktonowe z gatunków Prochlorococcus i Candidatus Pelagibacter zrezygnowały całkowicie z produkcji enzymów chroniących je przed stresem oksydacyjnym, to znaczy takim, który jest związany z obecnością reaktywnych form tlenu. Do tej grupy związków należy m.in. nadtlenek wodoru, powstający podczas rozkładu zgromadzonej w wodzie materii organicznej. Jak wykazały badania porównawcze, przodkowie Prochlorococcus i Candidatus Pelagibacter posiadali owe specjalne mechanizmy obronne, a zatem nie zostały one pominięte w trakcie rozwoju, a wręcz przeciwnie zanikły w wyniku ewolucji. Dlaczego? I w jaki sposób „zubożałe" organizmy zdołały nie tylko przeżyć, ale również w znacznym stopniu opanować środowisko w którym żyją?

Odpowiedź na te pytania nie może się niestety ograniczać do prostego stwierdzenia, że oszczędność pobieranych związków była na tyle duża, aby usprawiedliwić podejmowane ryzyko. Zasada ta nie sprawdza się bowiem w przypadku hodowli laboratoryjnych, w których populacje wspomnianych mikroorganizmów osiągają znacznie mniejsze rozmiary niż w naturalnym środowisku.

Rozwiązanie tego problemu przedstawili ostatnio Richard Lenski i J. Jeffrey Morris z Michigan State University oraz Erik Zinser z University of Tennessee (USA). Zawartość nadtlenku wodoru jest według nich ograniczana przez pozostałych członków wodnych społeczeństw. Oznacza to, że oszczędne mikroorganizmy są swego rodzaju pasożytami, które całkowicie polegają na pomocy swoich sąsiadów, czyli pechowców, którzy zbyt późno spostrzegli się, że pracują dla dobra ogółu. Gdyby również i oni przestali unieszkodliwiać szkodliwe związki, skazaliby tym samym na śmierć nie tylko leniwych wyzyskiwaczy, ale również i samych siebie. Byłaby to zdecydowanie zbyt duża ofiara i właśnie dlatego utrata odporności na nadtlenek wodoru nie stanowi w pewnych przypadkach żadnego ryzyka i może być rozpatrywana jako cecha adaptacyjna, zachęcająca do życia w złożonych społecznościach. Odkrycie to rzuca zatem całkowicie nowe światło na skomplikowane kolonie mikroorganizmów, takie jak np. biofilmy, a także dostarcza odpowiedzi na pytanie, dlaczego tak wiele gatunków nie jest w stanie przeżyć w czystych kulturach.

Nowa teoria została nazwana hipotezą czarnej królowej (ang. Black Queen Hypothesis; BQH), czyli inaczej damy pik, wyjątkowo niepopularnej podczas gry w kierki. Jako najwyżej postawiona karta stanowi ona prawdziwe przekleństwo dla graczy starających się zebrać jak najmniejszą ilość punktów. Pechowiec, który ją wylosował, bierze na siebie nieprzyjemności zagrażające reszcie grupy. Ciekawe skojarzenie. Czyżby również i naukowcy zamiast pracować grywali w karty, a swoje obowiązki zrzucali na pozostałych kolegów z laboratorium?

Materiały źródłowe:

• The Black Queen Hypothesis: A new evolutionary theory http://www.eurekalert.org/pub_releases/2012-03/asfm-tbq032212.php
• The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss http://mbio.asm.org/content/3/2/e00036-12.full?sid=48b5e9d0-ab92-446f-8e8a-fc9f7ed3aa70

Comment on this article..   See comments (10)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Anna Kurcek Biotechnolog, autorka bloga Szkiełko i kłopot. Mieszka w Gorzowie Wielkopolskim, współpracuje z portalem e-biotechnologia.pl.  Private site  Number of texts in service: 12  Show other texts of this author  Newest author's article: Przyszłość w naszych rękach