Znajdź zawartość

Dzieci przychodzące na świat w wyniku ciąży pojedynczej matek bliźniąt są cięższe (Biology Letters). Naukowcy z Uniwersytetu w Sheffield analizowali dane zebrane w ciągu 40 lat w Gambii, gdzie występują sezonowe wahania w ilości dostępnego pożywienia. W okresie niedoboru pokarmów ciąże bliźniacze są niebezpieczne dla matek i dzieci, a mimo to się zdarzają. Zespół doktora Iana Rickarda postanowił więc sprawdzić, dlaczego się tak dzieje i czemu u ludzi, tak jak u innych ssaków, niektóre kobiety zachodzą w ciąże bliźniacze częściej od pozostałych. Skorzystano z danych gambijskich, ponieważ w kraju tym wskaźnik urodzeń jest wyższy i dlatego odnotowuje się więcej przypadków "bliźniakowania". Gdy Brytyjczycy i Gambijczycy przejrzeli dane z 4 dekad, zauważyli, że kobiety, które rodziły bliźnięta, wydawały na świat cięższe dzieci niebędące bliźniętami – ich waga urodzeniowa była o ok. 100 g wyższa. Okazało się też, że gdy pożywienia było mało, różnica w wadze między dziećmi matek bliźniąt i matek zachodzących w ciąże pojedyncze zanikała. Wiedzieliśmy od jakiegoś czasu, że jeśli trzeci trymestr przypada na okres między lipcem a październikiem, waga urodzeniowa dziecka jest mniejsza – tłumaczy Rickard, który podejrzewa, że powstawanie bliźniąt może być "skutkiem ubocznym" wpływu doboru naturalnego na wagę urodzeniową. Akademicy sądzą, że przyczyną, dla której pewne kobiety częściej rodzą bliźnięta, jest dynamika systemu insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF). Założono tak, ponieważ reguluje on m.in. wzrost płodu. Testując tę hipotezę, międzynarodowa ekipa stwierdziła, że wśród niebliźniąt, które in utero doświadczyły działającego na ich korzyść środowiska, czyli urodziły się między styczniem a czerwcem, narodziny przed i po bliźniętach wiązały się z wagą urodzeniową wyższą o, odpowiednio, 134,07 i 226,41 g (w porównaniu do dzieci niebliźniakujących matek). Zaobserwowane zjawisko nie miało związku z cechami antropometrycznymi matek, a więc ich wzrostem, wagą itp. Pewnym potwierdzeniem roli spełnianej przez IGF u ludzi są obserwacje poczynione na zwierzętach. Wiadomo np., że u krów rodzących bliźnięta poziom insulinopodobnego czynnika wzrostu jest 1,5 raza wyższy. Myszy z wyższym poziomem polipeptydu także wydają na świat większe mioty.

Zwierzęta i rośliny mogą sobie nie poradzić z zagrożeniami stwarzanymi przez zmianę klimatu, ponieważ ewolucja nie wyprzedzi np. wzrostu temperatury - postulują naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. Widłonogi z gatunku Tigriopus californicus występują od Alaski po Zatokę Kalifornijską. Co ciekawe, podczas eksperymentów laboratoryjnych wykazywały jednak niewielką zdolność do wykształcenia tolerancji na gorąco. Morgan Kelly, studentka będąca główną autorką studium opublikowanego w Proceedings of the Royal Society B, zbierała małe skorupiaki w 8 miejscach między Oregonem a Zatoką Kalifornijską w Meksyku. T. californicus mają zaledwie milimetr długości i żyją w basenach pływowych na wychodniach w strefie nadpływowej (wyżejpływowej), czyli na obszarach zalewanych sporadycznie podczas szczególnie wysokich pływów. Kelly wyhodowała 10 pokoleń widłonogów. Stopniowo poddawała je coraz silniejszemu stresowi cieplnemu, by uzyskać osobniki w większym stopniu tolerujące gorąco. Widłonogi z poszczególnych lokalizacji wykazywały spore zróżnicowanie tolerancji cieplnej, lecz studentce nie udało się doprowadzić do większych zmian w tym zakresie. Na przestrzeni życia 10 pokoleń tolerancja cieplna wzrosła bowiem zaledwie o pół stopnia Celsjusza, a w większości grup okres stabilizacji następował jeszcze wcześniej. Na wolności T. californicus wytrzymują nawet 20-stopniowe wahania temperatury, ale niewykluczone, że żyją na krawędzi swojej tolerancji - uważa Kelly. Choć widłonogi występują na dużym geograficznie terenie, poszczególne populacje są bardzo izolowane (zamknięte na pojedynczej wychodni, gdzie woda przenosi je między basenami pływowymi). Oznacza to, że napływ nowych genów do populacji jest naprawdę ograniczony. Zakładano, że rozpowszechnione gatunki mają do dyspozycji dużą pojemność genetyczną, nasze studium pokazuje, że tak jednak nie jest. Problem polega na tym, że wiele organizmów już teraz zmaga się z ograniczeniami środowiskowymi i dobór naturalny niekoniecznie je uratuje - podsumowuje prof. Rick Grosberg.

Czy zwyczaje dotyczące zawierania małżeństw sprzed kilkuset lat, a nawet zaledwie wieku z małym okładem mogły określić wzorce płodności kobiet? Brytyjscy akademicy uważają, że tak, stąd, wg nich, większe problemy z zajściem w ciążę w przypadku starszych pań. Niewykluczone jednak, że już niedługo, oczywiście w kategoriach ewolucyjnych, wszystko się zmieni... Duncan Gillespie oraz doktorzy Virpi Lummaa i Andrew Russell z Wydziału Nauk o Zwierzętach i Roślinach Uniwersytetu w Sheffield analizowali fińską dokumentację kościelną z XVIII i XIX wieku. W tym czasie niemal każdy żenił się lub wychodził za mąż, a rozwody były zabronione. W ten sposób akademicy prześledzili życie, także małżeńskie, 1591 kobiet. Z największym prawdopodobieństwem mężatkami były kobiety 30-35-letnie. Panie, które związały się z bogatszymi mężczyznami, wyszły za mąż w młodszym wieku, ale za starszych starających. W ich przypadku powiększenie rodziny gwarantowało więc bogactwo, ale i zwiększało ryzyko wdowieństwa. Było ono relatywnie wysokie, za to szanse na ponowne zamążpójście wdowy w średnim wieku z dziećmi małe, dlatego niewielki odsetek kobiet zachodził w ciążę w starszym wieku. Obecnie kobiety czekają z rodzeniem dzieci, odkładając na później plany założenia rodziny. Coraz powszechniejsze stają się związki krótkoterminowe i rozwody. Wskutek tego w ciągu życia kilku pokoleń może dojść do osłabienia doboru naturalnego podtrzymującego dużą płodność w młodym wieku i do wzmocnienia nurtu wzrostu płodności starszych kobiet.

Dobór naturalny faworyzuje ślimaki ogrodowe z wolniejszym metabolizmem. Dotąd podobnego zjawiska nie obserwowano u żadnego innego gatunku. Roberto Nespolo i Paulina Artacho z Universidad Austral de Chile wykazali, że dzięki temu zwierzęta mogą spożytkować zaoszczędzoną energię np. na wzrost czy rozmnażanie (Evolution). Hipotezę, że gatunki wydatkujące mniej energii zużywają jej nadmiar na przeżycie i reprodukcję, testowano wcześniej na gryzoniach, ale w żadnym z 3 przypadków nie zdobyto dowodów na jej potwierdzenie. Chilijczycy spróbowali jednak po raz czwarty i tym razem się udało. Naukowcy zmierzyli niemal 100 ślimaków szarych (Helix aspersa), na podstawie ilości dwutlenku węgla wytwarzanego przez każdego mięczaka określili też standardowe tempo przemiany materii (ang. standard metabolic rate, SMR). Standardowe tempo metabolizmu jest miarą energii potrzebnej do podtrzymania życia. Obniżenie jej pozwala na przeznaczenie większych nakładów na inne funkcje, np. na wzrost czy rozmnażanie. To dlatego wolniejszy metabolizm oznacza lepszą formę fizyczną – przekonuje Nespolo. Po 7 miesiącach zoolodzy zebrali puste muszle ślimaków, które w międzyczasie zmarły. Zauważyli, że na podstawie rozmiarów nie można było przewidzieć losów poszczególnych osobników, ale wykorzystując SMR – jak najbardziej tak. Przeżyły osobniki, których tempo metabolizmu było o 20% niższe od odnotowanego u zdechłych pobratymców. Co więcej, im niższe tempo przemiany materii, tym większe szanse na przetrwanie. Wg Chilijczyków, oznacza to, że natura wybiera zwierzęta bardziej energooszczędne. Uprzednie badania nad metabolizmem i ewolucją bazowały na dzikich myszach. Trudno jednak stwierdzić, czy mysz, która znikła, zmarła, czy może gdzieś powędrowała. Ze ślimakami jest znacznie łatwiej, bo nie przemieszczają się na większe odległości, a gdy zdechną, zostaje po nich pusta muszla.

Dla wielu wirusów mutacja to jedyny sposób na uniknięcie odpowiedzi immunologicznej gospodarza. W przypadku HIV zjawisko to przybiera wyjątkowo interesujący charakter - ukrycie się przed reakcją układu odpornościowego gospodarza osłabia jego zdolność do replikacji, lecz proces ten... szybko odwraca się po przeniesieniu do ciała bardziej podatnego człowieka. Odkrycia, którego autorami są badacze z Uniwersytetu Oksfordzkiego, dokonano podczas badania nosicieli HIV zamieszkujących Zambię. Uczeni zaobserwowali, że tempo replikacji wirusa jest zależne od występowania charakterystycznej mutacji w jednym z genów należących do jego genomu. Jak wykazały dalsze badania, jej obecność znacznie wydłuża czas potrzebny do namnażania patogenu, lecz pozwala mu na skuteczne ukrycie się przed układem odpornościowym. Opisywana mutacja pozwala HIV na uniknięcie interakcji z tzw. układem HLA. Jego zadaniem jest łączenie się z fragmentami białek znajdujących się wewnątrz komórki oraz umieszczanie ich na powierzchni błony komórkowej, gdze mogą zostać zidentyfikowane przez komórki układu odpornościowego. Pozwala to na nieustanną kontrolę stanu komórek i umożliwia wyszukiwanie patologicznych protein znajdujących się w ich wnętrzu. Układ HLA spełnia swoje zadanie bardzo skutecznie, lecz ma także wady. Jedną z nich jest zależność od sekwencji reszt aminokwasowych, czyli fragmentów budujących cząsteczki protein. Jeżeli jest ona niekompatybilna z wariantem HLA obecnym u danej osoby, obie cząsteczki nie połączą się, przez co układ odpornościowy nie wykryje zagrożenia. Jak wykazali badacze z Oksfordu, HIV błyskawicznie wykorzystuje tę słabość. Jak zauważono podczas badań, wariant HLA opisywany jako HLA-B*5703 pozwala na wykrywanie białek wirusa HIV z wyjątkową skutecznością. Niestety, mutacje zachodzące w RNA wirusa szybko prowadzą do zmiany sekwencji aminokwasów w jednym z jego białek, przez co wirus "wymyka się" spod kontroli układu HLA. Na szczęście dla nosicieli HLA-B*5703, mutacje pozwalające HIV na zakamuflowanie się wewnątrz komórek prowadzą do 20-krotnego spowolnienia jego replikacji. Co ciekawe jednak, przeniesienie wirusa do organizmu nosiciela innej wersji HLA pozwala na odwrócenie tego procesu. Brytyjscy uczeni zauważyli, że szybko dochodzi wówczas do odtworzenia pierwotnej wersji genomu wirusa, zapewniającej optymalne tempo jego namnażania. Zaobserwowane zjawisko jest nie tylko interesującym dowodem na prawdziwość darwinowskiej teorii doboru naturalnego. Jest ono istotne także dla badaczy pracujących nad szczepionką przeciwko HIV. Wygląda bowiem na to, że jej skład musi uwzględniać indywidualne cechy osób o różnych uwarunkowaniach genetycznych. Może to znacząco utrudnić pracę nad tym oczekiwanym od dawna lekiem.

Jeden z głównych dogmatów biologii ewolucyjnej mówi o sukcesie osobników najlepiej dostosowanych do warunków środowiska. I choć w większości przypadków teza ta wydaje się być prawdziwa, na dłuższą metę ewolucyjny wyścig o przetrwanie mogą wygrać organizmy, którym do optymalnej adaptacji wciąż daleko. Głównym źródłem różnic pomiędzy osobnikami, które mogą zadecydować o przetrwaniu lub śmierci danego organizmu, są mutacje. Jeżeli zmiana informacji genetycznej zmienia się w sposób korzystny dla danego osobnika, wówczas ma on większą szansę na przeżycie i przekazanie swoich genów potomstwu (o ile zmiana pojawiła się także w komórkach rozrodczych). Jeśli określona mutacja jest szkodliwa, wówczas najczęściej dochodzi do eliminacji danego osobnika, który przegrywa konkurencję o zasoby środowiska bądź nie wytrzymuje konfrontacji z warunkami zewnętrznymi. Model ten wydaje się prosty i przejrzysty, lecz jego szczegółowa analiza pokazuje, że długofalowe efekty pojedynczych mutacji mogą być zaskakujące. Badaniem zjawiska zajęło się dwoje naukowców z Uniwersytetu Teksańskiego, dr Matthew Cowperthwaite i dr Lauren Ancel Meyers. Badacze stworzyli wspólnie komputerowy model, którego zadaniem była symulacja powstawania mutacji w pojedynczej cząsteczce RNA oraz ich selekcji pod wpływem warunków zewnętrznych . Analiza danych wykazała, że wyewoluowanie organizmu idealnie przystosowanego do określonych warunków do otoczenia może w pewnych sytuacjach wymagać serii mutacji, których wystąpienie jest mało prawdopodobne. Jak tłumaczy dr Cowperthwaite, niektóre cechy łatwo ewoluują - mogą powstać dzięki wielu różnym kombinacjom mutacji. Inne rozwijają się trudniej, tzn. na podstawie złożonego genetycznego "przepisu". Ewolucja powoduje powstanie zmian "łatwych", nawet jeśli nie są to te najlepsze. Swoje przypuszczenia badacze potwierdzili na podstawie symulacji zmian genetycznych zachodzących u wielu gatunków. Ich zdaniem wyniki analiz potwierdzają, że ewolucja rzeczywiście dąży do "promowania" osobników, u których doszło do wytworzenia "łatwych", choć niekoniecznie idealnych cech. Szczegóły swoich badań prezentują w najnowszym numerze czasopisma PLoS Computational Biology.

Od jak dawna w naturze funkcjonuje dobór naturalny? Zwykliśmy uważać, że od początku życia na Ziemi. Badacze z Uniwersytetu Harvarda uważa jednak, że... jest starszy od najstarszych form ożywionych. Dwaj naukowcy zajmujący się zagadnieniami z pogranicza matematyki i biologii, prof. Martin Nowak oraz dr Hisashi Ohtsuki, opracowali model obliczeniowy ewolucji prostych związków chemicznych obecnych na Ziemi na bardzo wczesnych etapach jej istnienia. Model ich autorstwa opiera się na założeniu, że na samym początku na naszej planecie były dostepne wyłacznie najprostsze związki chemiczne. Z nich, w zależności od szeregu uwarunkowań, mogły powstawać kolejne, coraz bardziej złożone. Zgodnie z opracowanym modelem, z czasem powinno dochodzić do wzrostu ilości jednych substancji i eliminacji innych ze względu na ich wykorzystanie do syntezy nowych związków. Najważniejszymi czynnikami regulującymi tę zależność są: dostepność substratów ("surowców") do przeprowadzenia kolejnych syntez oraz prawdopodobieństwo zajścia określonej reakcji. Stworzona symulacja jest, oczywiście, znacznie uproszczona i nie uwzględnia informacji o wielu czynnikach mogących wpływać na "ewolucję" związków chemicznych. Mimo to wykonane obliczenia pokazują w prostej i przystępnej formie, że ewolucja mogła zachodzić na Ziemi znacznie wcześniej, niż powstały pierwsze organizmy żywe. Jeżeli model ten jest prawdziwy, oznacza to, że bardzo ciężko o uchwycenie momentu, w którym "zaczyna się" życie. Jaka jest najważniejsza, zdaniem badaczy, cecha "związku ożywionego"? Ich zdaniem kluczową właściwością takiej substancji jest jej zdolność do replikacji (cechę taką wykazuje m.in. DNA). Im wiekszy jest jej potencjał do namnażania, tym szybciej pochłaniałaby ona cząsteczki innych substancji i tym samym zwiększałby się jej udział w mieszaninie. Jak uważa prof. Nowak, o życiu możemy mówić wtedy, gdy związek zdolny do replikacji osiąga wyraźną przewagę nad pozostałymi: Ostatecznie życie niszczy prażycie, tłumaczy. Pożera rusztowanie, na którym samo powstało. Prosta symulacja opracowana przez prof. Nowaka pokazuje, w jaki sposób systemy nieożywione mogły stopniowo ewoluować do postaci, którą możemy uznać za formę życia. Zdaniem naukowca w ogromnej mieszaninie związków nieożywionych wciąż dochodzi do "testowania" nowych substancji pod kątem ich zdolności do nabycia cech organizmu żywego. Nie wszyscy naukowcy podzielają entuzjazm autora badań. Część z nich uważa, że projekt ten, choć bardzo atrakcyjny i interesujący, wnosi niewiele informacji przydatnych dla specjalistów nauk eksperymentalnych. Pracująca na tej samej uczelni Irene Chen ocenia, że podchwytliwym zadaniem jest dokładne ustalenie, jakich związków użyć [dla symulacji powstawania życia - red.]. Dodaje: model Martina jest w tej kwestii po prostu agnostyczny.

Chris Wilson, doktorant z Wydziału Neurobiologii i Zachowania Cornell University, przedstawił teorię tłumaczącą, czemu 25% kultur na świecie stosuje jakąś formę okaleczania męskich genitaliów. Wg badacza, wszystkie one (od obrzezania poczynając, a na rytualnym obcinaniu jądra kończąc) służą jednemu: ograniczeniu liczby ciąż ze związków pozamałżeńskich (Evolution and Human Behavior). Antropologia wyjaśnia zjawisko okaleczania względami religijnymi, tradycją, higieną albo procedurą wprowadzania w dorosłość. Wilson uważa jednak, że istnieje głębsze, nieuświadomione podłoże opisywanego zjawiska. W kategoriach ewolucyjnych musi przynosić oczywiste korzyści, skoro przetrwało tyle wieków, mimo bólu i ryzyka, jakie ze sobą niesie. Bardzo rozpowszechnione jest obrzezanie. Odnotowano je w 20% lokalnych społeczności (w 180 różnych kulturach), co oznacza, że część napletka usunięto aż 1/3 mężczyzn świata. Rozmaite rodzaje cięcia wskazują, że wszystkie te populacje opracowały rytuał samodzielnie. W jakim celu? Wilson i profesor Paul Sherman uważają, że okaleczenie ograniczało liczbę ciąż pozamałżeńskich. Dzięki temu mężczyźni przekazywali swoje geny tylko tym dzieciom, w które nie musieli potem dodatkowo inwestować. Jeśli dobór naturalny przeznaczył genitalia do zapładniania, zmiana ich wyglądu uszkadzała tę funkcję. Modyfikacja kształtu zmniejszała fizyczne szanse na zapłodnienie kobiety, co usuwało ewolucyjną zachętę do cudzołóstwa – wyjaśnia doktorant. W samym społeczeństwie okaleczanie genitaliów zwiększało zaufanie mężczyzn wobec innych mężczyzn, ponieważ rzadziej pojawiały się kwestie spornego ojcostwa. Rytualne cięcia występują częściej w kulturach praktykujących wielożeństwo, zwłaszcza gdy żony nie mieszkają z mężem. Zmniejsza to bowiem szanse tego ostatniego na upilnowanie ich wszystkich naraz. Zmiana anatomii genitaliów jest rozpatrywana jako akt manifestowania seksualnej uczciwości, co zmniejsza podejrzliwość mężczyzn żonatych wobec nieżonatych. Starsi panowie obdarzali chłopców, którzy przeszli już okaleczenie, nie tylko zaufaniem, ale także oferowali im dodatkowe korzyści (oznacza to wzrost statusu społecznego). Gdy Wilson wziął pod uwagę liczbę żon, okazało się, że w społeczeństwach praktykujących okaleczanie rzadziej dochodzi do zdrad niż w grupach, które nie uciekają się do takich zabiegów.

Naukowcy poinformowali, że udało im się zaobserwować jedną z najszybszych przemian ewolucyjnych, jakie kiedykolwiek miały miejsce. Dzięki niej tropikalne motyle Hypolimnas bolina uniknęły całkowitego wytępienia przez pasożytnicze bakterie. Sześć lat temu liczebność samców motyli zamieszkujących samoańskie wyspy Savaii i Upolu drastycznie spadła. Stanowiły one tylko 1% wszystkich osobników. Entomologów zaniepokoiła ta nierównowaga płci. Jednak do zeszłego roku, czyli w 5 lat, samcom udało się zwiększyć liczebność swoich szeregów i teraz stanowią one ok. 40% populacji. Naukowcy uważają, że osiągnęły to dzięki genom supresorowym, które kontrolują bakterie, a konkretnie α-proteobakterie, Wolbachia. Mikroorganizmy te są przekazywane przez matkę i do tej pory zabijały potomstwo płci męskiej jeszcze przed wylęgiem. Wolbachia zostały po raz pierwszy opisane w 1924 roku przez Hartiga i Wolbacha. Wtedy uznano je za riteksje (pałeczki). Bakterie, które należą do tego rodzaju, są naprawdę małe: mają od 0,5 do 1,5 mikrometra (μm). Odznaczają się owalnym, nieco wydłużonym kształtem. Żyją w cytoplazmie swoich gospodarzy i nie udało się ich wyhodować na pożywkach. Wolbachia wywołują tzw. plazmatyczną niezgodność. Doprowadza to do zaburzeń procesu kariogamii (zlewania się haploidalnych jąder komórek rozrodczych w diploidalne jądro zygoty) i zahamowania rozwoju tylko samców motyli. Podwyższoną śmiertelność samców rekompensuje podwyższona płodność samic, które zaczynają się rozmnażać na drodze dzieworództwa. System obrony przed bakteriami przyjmuje różną postać. Może on nie dopuszczać do śmierci samców na wczesnym etapie życia embrionalnego albo zwiększać liczbę genów odpowiedzialnych za determinację płci, przez co Wolbachia mają problem ze stwierdzeniem, czy mają do czynienia z samcem, czy z samicą. Wg naukowców z Uniwersyteckiego College'u Londyńskiego, w kategoriach ewolucyjnych zmiana dokonała się właściwie w mgnieniu oka (Science). Zespół Sylvaina Charlata i Gregory'ego Hursta przeprowadzał pierwsze badania w 2001 roku. Anglicy wybrali się ponownie na Samoa w zeszłym roku, kiedy pojawiły się doniesienia o zwiększeniu populacji samców na Upolu. Odkryli wtedy, że liczba samców wyrównała się lub zbliżyła do liczebności samic. Entomolodzy nie wiedzą, czy gen odporności na działanie pasożytniczych bakterii pojawił się w wyniku mutacji, czy w wyniku krzyżowania się z motylami z Azji Południowowschodniej, które już wcześniej wykształciły taką cechę. Tak czy inaczej: to przykład błyskawicznego doboru naturalnego lepiej przystosowanych osobników.