Czy teoria ewolucji jest spójna, czy jedynie fragmentaryczna? Rzecz o ostatnich odkryciach na temat życia organizmów inteligentnychCzas czytania: 11 min

Znaczenie słowa „ewolucja” jest nieprecyzyjne. Ten termin jest doprawdy wieloznaczeniowy i można go interpretować na co najmniej siedem podstawowych wzajemnie powiązanych znaczeń: ewolucja kosmiczna od Wielkiego Wybuchu do powstania czasoprzestrzeni, materii widzialnej i niewidzialnej (ciemnej materii i ciemnej energii); ewolucja materii widzialnej dotycząca powstania gwiazd, czarnych dziur, galaktyk, gromad i supergromad galaktyk; ewolucja chemiczna, eksplozje supernowych, zderzenia gwiazd neutronowych, powstanie 92 podstawowych pierwiastków chemicznych, powstanie gwiazd typu Słońce i układów planetarnych; ewolucja chemiczna, czyli powstanie związków chemicznych organicznych i nieorganicznych w kosmosie i na Ziemi, takich jak: aminokwasy, nukleotydy, nukleozydy, węglowodory, cukry, lipidy, alkohole, fenole i inne; ewolucja życia, czyli w jaki sposób chemiczne związki organiczne i nieorganiczne uformowały pierwsze proste formy życia i jak te formy przekształciły się w żywe prokariotyczne komórki i dlaczego życie aerobowe stało się dominujące na Ziemi; makroewolucja, która próbuje wyjaśnić, jak jedne proste formy życia przekształcają się w dużo bardziej złożone i zróżnicowane; mikroewolucja, która odnosi się do zmienności wewnątrzgatunkowej (darwinowska teoria doboru naturalnego nawiązuje do dwóch ostatnich).

Ostatnie odkrycia – takie jak malejąca entropia informacyjna w procesie ewolucji genów¹, a przez to możliwość matematycznej predykcji miejsc przyszłych mutacji (algorytmy mutacji); zróżnicowane tempo mutacji genów w obrębie danego genomu², a także wielokrotnie szybsze tempo mutacji promotorów tych genów w porównaniu z sekwencjami kodującymi i niekodującymi danego genu³ – podważają obowiązujący paradygmat, że losowa mutacja jest siłą napędową ewolucji, która nie ma celu; brak uniwersalności kodonu stop wskazuje na możliwość istnienia kilku uniwersalnych wspólnych komórkowych przodków⁴ (LUCA – last universal common ancestor). Fakt, że wyliczony czas duplikacji białka D1 stanowiącego rdzeń fotosystemu II (PSII)⁵ na podstawie obecnego tempa mutacji szacuje się na 8 mld lat, również podważa dogmaty o ewolucji LUCA i losowości mutacji. Współcześni neodarwiniści nie potrafią przedstawić utylitarnego drzewa filogenetycznego od ewolucji LUCA do współczesnych organizmów, przez co ich wiedza o ewolucji jest fragmentaryczna i często niespójna. Brak holistycznego spojrzenia naukowców na ewolucję kosmiczną, ewolucję chemiczną i ewolucję biologiczną prowadzi do niespójności współczesnego neodarwinizmu, który powinien zostać gruntowanie zrewidowany w świetle nowych odkryć naukowych.

W powszechnej opinii teoria ewolucji sprowadza się do tego, co twierdzili Darwin i jego następcy. Jednakże współcześni naukowcy dobrze zdają sobie sprawę, że teoria ta zawiera w sobie wiele różnych poglądów, twierdzeń oraz bardziej lub mniej spójnych i szczegółowych koncepcji. Naukowcy nieustannie wskazują, że neodarwinizm nie jest już wspierany przez dostępne dane empiryczne i właśnie dlatego podkreśla się potrzebę nowych wyjaśnień, o czym mowa w ramach ewolucyjnej biologii rozwoju, rozszerzonej syntezy ewolucyjnej czy teorii inteligentnego projektu. Innymi słowy dochodzimy do wniosku, że neodarwinizm jest fragmentaryczny, niespójny i potrzebuje naukowej rewolucji, jakiej dokonano w fizyce w zrozumieniu zasad funkcjonowania grawitacji i przejściu od praw Newtona do praw ogólnej teorii względności i zakrzywienia czasoprzestrzeni w ujęciu Einsteina.

Powszechnie uważa się, że rośliny są organizmami prostymi w porównaniu ze zwierzętami. Fakt, rośliny mają kilka podstawowych tkanek i organów, ale na poziomie komórkowym są bardziej złożone niż komórki zwierzęce. Komórka roślin posiada trzy genomy, jeden eukariotyczny w jądrze komórkowym i dwa prokariotyczne genomy, jeden w chloroplastach i drugi w mitochondriach. Natomiast komórki zwierzęce mają dwa genomy, eukariotyczny jądrowy i prokariotyczny mitochondrialny. To oznacza, że wewnątrzkomórkowa komunikacja pomiędzy jądrem komórkowym a organellami i zwrotna komunikacja organelli z jądrem objawiająca się koordynacją ekspresji genów w trzech genomach komórki roślinnej jest bardziej skomplikowana niż w komórce zwierzęcej, która koordynuje ekspresję genów w dwóch genomach. Ten zwiększony stopień złożoności komunikacji wewnątrzkomórkowej przenosi się na złożoność komunikacji międzykomórkowej w obrębie tkanek i organów oraz ogólnoustrojowej w obrębie całego organizmu. Ta komunikacja zarówno u roślin, jak i u zwierząt regulowana jest sygnałami elektrycznymi, świetlnymi, cieplnymi i chemicznymi (np. absorpcja fotonów, reaktywne formy tlenu, hormony i fitohormony, inne cząstki sygnalne) i odpowiada za regulację odpowiedzi aklimatyzacyjnych i obronnych.

Zwierzęta wykształciły jednak wyższy stopień komunikacji międzyosobniczej, która generalnie objawia się nauczaniem potomstwa i zapamiętywaniem przekazanych informacji oraz kognitywnym przetwarzaniem tych zapamiętanych informacji i współdziałaniem osobników tego samego gatunku czy różnych gatunków (np. człowiek i pies). Powszechnie uważa się, że rośliny nie rozwinęły tego poziomu komunikacji, bo nie mają komórek nerwowych, mózgów i nie wykształciły pamięci komórkowej. Jednak ostatnie badania dowodzą, że rośliny wykształciły świetlną pamięć komórkową, którą wykorzystują do optymalizacji mechanizmów obronnych i aklimatyzacyjnych, używając biologicznych algorytmów, jak np. automatę komórkową, aby zoptymalizować procesy absorpcji energii i podziału zaabsorbowanej energii na fluorescencję chlorofilu, na fotochemię i na ciepło⁶. Niefotochemiczne wygaszanie energii (NPQ – non-photochemical quenching) reguluje rozpraszanie zaabsorbowanej energii w nadmiarze przez kanał ciepła i ma zasadniczy wpływ na temperaturę liści, na transpirację i na regulację przewodnictwa aparatów szparkowych⁷, co z kolei pozwala na warunkową (w zależności od natężenia światła, wilgotności względnej i temperatury otoczenia) optymalizację transpiracji i asymilacji dwutlenku węgla. Systemowo nabyta aklimatyzacja (SAA – systemic acquired acclimation) i systemowe sygnalizowanie stresu nadmiaru światła czy zranienia w przypadku roślin wymaga transmisji międzykomórkowych i międzytkankowych sygnałów elektrycznych, zależnych od kanałów wapniowych, od falowych zmian NPQ oraz sygnałów fitohormonalnych i reaktywnych form tlenu (ROS – reactive oxygen species)⁸. Niedawno odkryliśmy, że komórkowa pamięć świetlna (kwantowa)⁹ zależy od poziomu białka 22kD fotosystemu II (PsbS) regulującego NPQ i pamięć świetlną komórki oraz od systemowej komunikacji wszystkich aktywnych fotosystemów wewnątrz rośliny. Ta komunikacja i świetlna pamięć komórkowa umożliwiają ogólnoustrojową regulację wartości NPQ na optymalnym poziomie w każdym aktywnym fotosystemie rośliny, a przez to umożliwiają optymalny do danych warunków kwantowy podział zaabsorbowanej energii pomiędzy kanały fluorescencji, ciepła i fotochemii. To uposażenie z kolei dyskretnie w czasie i przestrzeni komórek reguluje sektorowo i zakres przewodnictwa szparkowego i temperaturę różnych sektorów liści danej rośliny, co ma bezpośredni wpływ na optymalną indukcję mechanizmów aklimatyzacyjnych i obronnych¹⁰.

Tutaj należy sobie zadać pytanie: czy taka wewnątrzustrojowa regulacja pamięci komórkowej i systemowa komunikacja między różnymi komórkami jest możliwa pomiędzy różnymi sąsiadującymi ze sobą roślinami? Ostatnie nasze odkrycia wykazały, że powierzchniowy sygnał elektryczny powstały na skutek punktowego zranienia lub silnego punktowego stresu świetlnego u pojedynczego liścia mniszka lekarskiego może zostać przekazany nie tylko w całej roślinie w mechanizmie SAA, ale może zostać przekazany do sąsiedniej rośliny mającej bezpośredni kontakt ze stymulowaną rośliną, np. przez stykające się liście, co prowadzi do tego, że u obu roślin zajdą zmiany o charakterze ogólnoustrojowym, zależne od NPQ, sygnałów elektrycznych i ROS. Ponadto podobne zmiany nadziemne mogą być wywoływane w sieci fizycznie połączonych kolejno ze sobą roślin (np. przez wzajemny kontakt liści). Takie sygnały mogą również sprowokować odpowiedzi u roślin należących do różnych gatunków. Nasze badania pokazują, że sygnały elektryczne mogą funkcjonować jako kanał komunikacyjny między roślinami-nadawcami a roślinami-odbiorcami, które są zorganizowane jako sieć (społeczność) roślin. Proces ten można opisać jako sieciowo nabyta aklimatyzacja (NAA – network acquired acclimation)¹¹.

Wyniki naszych badań nieodzownie prowadzą do wniosku, że bezpośrednia przestrzeń transmisji sygnałów elektrycznych między wystawioną na stres rośliną-gospodarzem a rośliną-odbiorcą prowadzi do indukcji dyskretnych zmian wartości NPQ w całej przestrzeni ustrojowej komunikujących się ze sobą roślin w zakresie kwantowo-molekularnego podziału zaabsorbowanej energii i indukcji świetlnej pamięci komórkowej, a to z kolei prowadzi do optymalizacji aklimatyzacji i reakcji obronnych zarówno u rośliny-gospodarza, jak i u całej społeczności sąsiadujących i stykających się fizycznie roślin. Biorąc pod uwagę, że w tym procesie zaangażowanych jest jedynie kilka liści na roślinę mniszka lekarskiego, dziesiątki tysięcy komórek na liść, kilkanaście chloroplastów na komórkę i wiele tysięcy centrów reakcyjnych fotosystemów II na jeden chloroplast, ujawnia to złożoność zaangażowanych możliwych ścieżek i sieci komunikacyjnych regulujących SAA i NAA, którą można porównać stopniem komplikacji z siecią neuronową mózgu u zwierząt. Możemy nawet pójść dalej i rozważyć nowy rodzaj komunikacji między roślinami za pośrednictwem sygnałów elektrycznych i ROS generujących falę zmian NPQ w centrach reakcyjnych fotosystemów.

Podsumowując, chociaż rośliny nie mają mózgów i neuronów, to rozwinęły wewnętrzną i zewnętrzną złożoną sieć komunikacyjną (elektryczną i chemiczną) pomiędzy aktywnymi fotosystemami, rozwinęły też pamięć komórkową dotyczącą przeszłych wydarzeń mających związek ze spektrum i ilością zaabsorbowanej energii w nadmiarze, a także rozwinęły zdolność korzystania z tej pamięci w celu warunkowej optymalizacji procesów aklimatyzacyjnych i obronnych w ramach nie tylko pojedynczego osobnika, ale i danej społeczności (ekosystemu) roślin. Można więc powiedzieć, że rośliny podobnie jak zwierzęta rozwinęły cechy inteligentnych i komunikujących się ze sobą organizmów. Wydaje się, że wewnątrz- i międzygatunkowa komunikacja roślin i wzajemna pomoc w optymalizacji mechanizmów aklimatyzacyjnych i obronnych (SAA i NAA) jakby przeczy zasadom darwinowskiego doboru naturalnego i konkurencyjności gatunków. Zatem należy zadać pytanie: czy system komunikacji, który obserwujemy u roślin (SAA i NAA), nie jest zbyt skomplikowany i altruistyczny, by mógł powstać w czasie 3,7 mld lat ślepej i przypadkowej ewolucji? A może należy się odwołać do inteligentnego projektu? Niewątpliwie potrzebne są dalsze badania, aby odpowiedzieć na to i inne ważne pytania w kontekście komunikacji, kognitywnego procesowania świetlnej pamięci komórkowej i kolektywnego współdziałania roślin.

Stanisław M. Karpiński

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 27.12.2024

Literatura: