Pređašnja godina nam donosi neka od ključnih otkrića vezanih za evolutivnu biologiju, za koja bi se reklo da izazivaju osnovne postulate neodarvinizma, ali u isto vrijeme otvaraju nova vrata u shvatanju procesa evolucije kao dosta složenije pojave nego što smo ranije mislili.

Neodarvinistički model, prema kom su osnovni mehanizmi evolutivnog procesa mutacije i prirodna selekcija, često posmatra živi svijet kao pasivnog učesnika, bez sposobnosti da aktivno interreaguje sa okruženjem. Neka od istraživanja koja ćemo analizirati u članku postuliraju nove mehanizme koji sugerišu bržu, interaktivniju i ekološki integrisaniju evoluciju.

Uloga tamne DNK u evoluciji

Otkriće tamne DNK – regija u genetičkom kodu koje ostaju skrivene u sekvencama zbog visokog sadržaja GC-a (guanin-citozina) predstavlja značajan izvor genetičke informacije te uključuje i adaptivne osobine koje pomažu bržoj reakciji na promjene u okruženju.

Tamna DNK se razlikuje od uobičajene sekvence gena, a i od takozvane nefunkcionalne DNK (junk DNA). Ona sadrži bogate GC sekvence koje iako ne kodiraju proteine, ipak mogu imati ključnu ulogu u regulaciji gena i izražavanju određenih osobina. Primjeri iz ekstremofilnih organizama ukazuju da su neke vrste razvile robusne adaptacije koje djeluju upravo kroz ove skrivene sekvence.

Samo ovo istraživanje zahtijeva promišljanje genetičkog determinizma u neodarvinističkom okviru, koji se fokusira na mutacije u kodirajućim sekvencama. Sada je potrebno mapirati skrivene regije tamne DNK u različitim vrstama da bi se još bolje razumjela njihova funkcija u regulaciji gena.

Tamni kiseonik i evolucija

Nova istraživanja otkrila su takođe i rezervoare tamnog kiseonika u okeanima. U pitanju su nepoznati izvori kiseonika u dubokim morskim sedimentima koje upravo zbog misterioznog porijekla, nazivamo tamnim kiseonikom. To ukazuje da su možda rani okeani sadržavali mala, izolovana okruženja bogata kiseonikom, čak i u takozvano anaerobno doba. Ti izvori sami po sebi su mogli značajno uticati na rani razvoj života, Kambrijumsku eksploziju i omogućavanje kompleksnih ćelijskih procesa i ranije nego što se tradicionalno smatra u evolutivnoj biologiji.

Prema trenutnom modelu, aerobni procesi u živim organizmima se javljaju tek nakon oksigenacije prije oko 2,4 milijarde godina. Otkriće tamnog kiseonika daje mogućnost za razvoj aerobnih procesa i organizama u manjim utočištima mnogo prije nego što je sama atmosfera sadržavala obilje kiseonika.

Osim toga, ovo istraživanje bi nas moglo potaknuti na razmišljanje o prisustvu kiseonika na drugim planetama, za koje za sada smatramo da atmosferski ne posjeduju kiseonik.

Eko-evolutivna povratna sprega

Nedavna istraživanja pokazuju da je evolucija možda mnogo brži proces nego što smo ranije mislili, sa promjenama koje se javljaju u roku od nekoliko mjeseci ili godina, bez potrebe za milenijumima. Ovaj proces, koji se naziva “eko-evolutivna povratna sprega” (eco-evolutionary feedback) ističe dvosmijerni odnos između evolucije i ekologije – okruženje ne samo da pokreće evolutivne promjene – već brze adaptacije mogu oblikovati ekološku dinamiku.

Evolucija se uopšteno posmatra kao proces koji se odvija tokom dugih vremenskih perioda, čije rezultate vidimo kroz fosilne zapise ili genetičke divergencije. S eko-evolutivnom povratnom spregom, evoluciju bismo mogli posmatrati “real-time” – na primjer kroz prilagođavanje plijena kada se pojavi novi predator.

Ovo je veoma značajno jer istraživanje ima dalekosežne implikacije na zaštitu prirode, upravljanje divljih životinja i očuvanje ekosistema. Eko-evolutivne dinamike u ekološkim modelima bi mogli poboljšati prediktivne sposobnosti istraživača omogućujući realna očekivanja promjena u biodiverzitetu i stabilnosti ekosistema.

Epigenetika i “pokretač adaptabilnosti”

Epigenetika tj. epigenetičko nasljeđe, prema kom se osobine koje nastaju pod uticajem okolnih faktora prenose na sljedeće generacije bez promijena u DNK bi mogla biti ključan faktor adaptabilnosti. Mehanizam koji nazivamo “pokretač adaptabilnosti” izaziva klasično neodarvinističko shvatanje genetičkog okvira ukazujući da se organizmi mogu adaptirati na promjene okoline kroz reverzibilne modifikacije u ekspresiji gena.

Epigenetika djeluje kroz hemijsku modifikaciju DNK ili histona – poput metilacije – koja može aktivirati ili deaktivirati određene gene. Ove modifikacije mogu biti uzrokovane faktorima iz okoline poput specifične ishrane, temperature, stresa i slično – što omogućava organizmima da rapidno odgovore na promjene okoline. Na primjer, studije na biljkama i životinjama pokazuju da se ove modifikacije mogu naslijediti kroz nekoliko generacija, što omogućava populacijama da “zapamte” adaptacije bez permanentnih genetičkih mutacija.

Ovaj pokretač adaptabilnosti nam kazuje da je evolucija fleksibilnija nego što smo mislili, sa mehanizmima negenetičkog nasljeđa koji pružaju brzo prilagođavanje na promjenljivu okolinu. Ovo omogućava bolje razumijevanje otpornosti organizama i uči nas o praksama konzervacije kroz identifikaciju epigenetičkih markera koji signaliziraju adaptivni kapacitet, pomažući u očuvanju vrsta tokom specifičnih problema poput klimatskih promjena.

Neurofilogenetska istraživanja kod beskičmenjaka i morfologija

Istraživanje sprovedeno na Scaphopoda-ma je otkrilo nesumnjivu kompleksnost nervnog sistema određenih mekušaca, ilustrujući iznenađujuće paralele između Scaphopod-a i kompleksnijih Cephalopod-a. Ovo otkriće sugeriše da filogenijska klasifikacija koja se zasniva na čistoj morfologiji možda previđa značajne evolutivne veze koje se skrivaju u arhitekturama nervnih sistema, što ukazuje na potrebu da se u evolutivnu biologiju uvrsti i neuroanatomija u filogenetske studije kao značajan faktor.

Prije se na evolutivnu vezu između mekušaca gledalo s aspekta fizičkih karakteristika – ljušture i tjelesnog plana. Ipak, kroz posmatranje neuronskih konfiguracija, istraživači su otkrili da određene strukture nervnog sistema u Scaphopod-ama su sličnije Cephalopod-ama nego drugim mekušcima. Ovi rezultati ukazuju na to da slični pritisci životne sredine mogu odvesti konvergentnu evoluciju u neuronsku arhitekturu, otkrivajući ranije nepoznate evolutivne veze.

Usmjerenost ka neurofilogenetici bi mogla u potpunosti redefinisati filogenetsko stablo koje pokazuje funkcionalne umjesto strukturne adaptacije. Nadalje bi se moglo posvetiti proučavanju nervnih sistema drugih beskičmenjaka identifikujući zajedničke šablone koje bi pomogle u rješavanju raznih debata po pitanju porijekla organizama. To bi takođe i poboljšalo samu klasifikaciju životinja i pružilo dublje razumijevanje u vezi sa evolucijom neuronske kompleksnosti kroz različite vrste.

Ka višedimezionalnom shvatanju teorije evolucije

Samo neka od najnovijih otkrića nam pokazuju da je proces evolucije vjerovatno dosta složeniji nego što sugeriše neodarvinistički model. Razumijevanje tamne DNK, kiseonika, i eko-evolutivne dinamike nas vodi ka sveobuhvatnijem okviru evolucije, ali naravno, to ne znači da bi se neodarvinistički model teorije evolucije trebao napustiti.

Izvori

The Guardian. (2022, June 28). Do we need a new theory of evolution? Retrieved from https://www.theguardian.com/science/2022/jun/28/do-we-need-a-new-theory-of-evolution

New Haven Register. (2017, May 14). Connecticut salamanders reshape evolution theory. Retrieved from https://www.nhregister.com/news/article/Connecticut-salamanders-reshape-evolution-theory-11545113.php

Focus Science and Technology. (2024, August). Dark oxygen: Hidden on the ocean floor could reshape evolution. Retrieved from https://pocketmags.com/us/focus-science-and-technology-magazine/august-2024/articles/1450015/-dark-oxygen-hidden-on-ocean-floor-could-reshape-evolution

The Conversation. (2017, August 9). Introducing “dark DNA”: The phenomenon that could change how we think about evolution. Retrieved from https://theconversation.com/introducing-dark-dna-the-phenomenon-that-could-change-how-we-think-about-evolution-82867

The Guardian. (2021, June 25). Massive human head in Chinese well forces scientists to rethink evolution. Retrieved from https://www.theguardian.com/science/2021/jun/25/massive-human-head-in-chinese-well-forces-scientists-to-rethink-evolution

University College London. (2020, August 5). New insight into evolution of complex life on Earth. Retrieved from https://www.ucl.ac.uk/news/2020/aug/new-insight-evolution-complex-life-earth

California Institute of Technology. (n.d.). Study of embryonic sea lampreys provides new insight into evolution of vertebrates. Retrieved from https://thisis.caltech.edu/news/study-embryonic-sea-lampreys-provides-new-insight-evolution-vertebrates-1155

Worldwide Universities Network. (n.d.). Dinosaur wind tunnel test provides new insight into evolution of bird flight. Retrieved from https://wun.ac.uk/article/dinosaur-wind-tunnel-test-provides-new-insight-evolution-bird-flight/

United States Geological Survey. (n.d.). Discovery of prolactin in lamprey: Role in osmoregulation and new insight into evolution. Retrieved from https://www.usgs.gov/publications/discovery-prolactin-lamprey-role-osmoregulation-and-new-insight-evolution-growth

Daily Mail. (2016, December 5). How humans lost tails twice: 350 million-year-old fish fossils provide new insight into evolution. Retrieved from https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4009286/How-humans-lost-tails-twice-350-million-year-old-fish-fossils-provide-new-insight-evolution.html

eScience News. (2013, April 10). Unusual anal fin offers new insight into evolution. Retrieved from https://esciencenews.com/articles/2013/04/10/unusual.anal.fin.offers.new.insight.evolution

eScience News. (2011, August 2). Sea squirt pacemaker gives new insight into evolution of the human heart. Retrieved from https://esciencenews.com/articles/2011/08/02/sea.squirt.pacemaker.gives.new.insight.evolution.human.heart

Newsweek. (2023). Evolution, natural selection, and DNA in crustaceans. Retrieved from https://www.newsweek.com/evolution-natural-selection-dna-crustacean-1925792

The Conversation. (2024, August 29). How glacier algae are challenging the way we think about evolution. Retrieved from https://theconversation.com/how-glacier-algae-are-challenging-the-way-we-think-about-evolution-232097

The Conversation. (2016, November 16). Huddled mice could change the way we think about evolution. Retrieved from https://theconversation.com/huddled-mice-could-change-the-way-we-think-about-evolution-68780

Newsweek. (2023). Evolution, natural selection, and DNA in crustaceans. Retrieved from https://www.newsweek.com/evolution-natural-selection-dna-crustacean-1925792

Forbes. (2024, June 14). Evolution may be purposeful – and it’s freaking scientists out. Retrieved from https://www.forbes.com/sites/andreamorris/2024/06/14/evolution-may-be-purposeful-and-its-freaking-scientists-out/

SciTechDaily. (n.d.). Darwin revisited: Modern data sheds light on ancient evolutionary theories. Retrieved from https://scitechdaily.com/darwin-revisited-modern-data-sheds-light-on-ancient-evolutionary-theories/