Cele 12 triburi

Nu, nu e vorba despre cele 12 triburi ale lui Israel pornite în exod. Şi nici despre cele 12 triburi din Kobol, povestea atât de îndrăgită de fanii serialului Battlestar Galactica. Ficțiunea poate fi de o calitate îndoielnică (în primul caz) sau reușită (în cel de-al doilea), dar tot ficțiune rămâne.

Povestea mea este una reală, este descrierea pe scurt a unui experiment conceput și executat pe o durată de mai bine de 20 de ani cu multă migală, efort și profesionalism de biologul Richard Lenski împreună cu echipa sa la Universitatea de Stat din Michigan. Voi prezenta experimentul doar în linii mari, pentru amănunte găsiți surse suficiente inclusiv online.

Una din problemele cu care se confruntă studiul în timp real al evoluției este timpul foarte mare care este necesar pentru a se observa modificări semnificative și eventual speciație. Pentru ca niște mutații într-adevăr benefice să apară, și ele să se fixeze în populație sau într-un subset al populației, este în general nevoie de mii de generații. Pentru animalele mari de laborator, asta ar însemna ca un experiment de acest gen să se întindă pe zeci de mii de ani, lucru evident imposibil. Desigur, există deja toate celelalte dovezi indirecte în sprijinul evoluției, mai mult decât suficiente. Despre câteva de ordin genetic am și discutat deja. Însă satisfacția observării în timp real a unor asemenea modificări este incomparabil mai mare. Pentru a verifica în practică predicțiile evoluționiste este nevoie de specii care au un număr mare de generații într-un interval scurt de timp. Bacteriile sunt candidatul ideal, având un număr uriaș de indivizi într-un spațiu mic, și cu o rată de 6-7 generații pe zi.

Lenski și echipa sa au lucrat cu o bacterie bine-cunoscută, Escherichia Coli (E. coli). Există în orice moment cam 1 miliard de E. coli în intestinul gros al unui om sănătos. Experimentul a pornit în 1988 prin însămânțarea dintr-o sursă omogenă, uniformă genetic, a bacteriilor în 12 flacoane. Așadar, în ziua 1 a experimentului, generația 1, avem 12 triburi identice genetic. În interiorul fiecărui flacon s-a adăugat un suport nutritiv alcătuit din mai multe substanțe, factorul limitant fiind cantitatea de glucoză disponibilă. Bacteriile se înmulțesc în mod rapid inițial, până când toată glucoza este consumată, apoi numărul lor nu mai crește (flămânzesc). În ziua a doua, exact o sutime din fiecare din cele 12 flacoane este însămânțată într-un nou flacon și procedura se repetă. În timp de 20 de ani, s-au acumulat cam 7000 de flacoane pentru fiecare din cele 12 linii, corespunzător celor 7000 de zile. Din fiecare generație (fiecare zi), s-au păstrat niște „fosile” prin înghețare. Bacteriile pot fi înghețate printr-un procedeu special și resuscitate oricând în viitor, un lucru foarte util pentru că permite analiza și compararea generațiilor diferite. Este ca și cum ai avea la dispoziție un șir neîntrerupt de fosile, din fiecare generație, timp de aproximativ 45.000 de generații. După cum se exprima Richard Dawkins, ar fi ca și cum ai avea câte un exemplar din fiecare generație de pe la homo erectus, de acum 1 milion de ani, până la strănepoții lui de azi (adică noi). Spun 45.000 pentru că distanța dintre 2 flacoane este în medie de 6,5 generații. 7000 de zile, fiecare zi reprezentând între 6 și 7 generații bacteriene.

Presupunerea evoluționistă pe care Lenski a dorit să o verifice este aceea că, odată cu trecerea generațiilor, în rândul bacteriilor ar putea surveni mutații benefice, în sensul unei creșteri a capacității de prelucrare a glucozei. Evident, dacă o bacterie are o astfel de mutație, urmașii săi ar fi favorizați în lupta pentru glucoza din flacon, și s-ar înmulți în dauna celorlalte bacterii care încă nu au mutația. Pentru a compara bacteriile din generația 10.000, de exemplu, cu cele din generația 2.000, se dezgheață fosilele corespunzătoare și se pun  în doze egale într-un flacon, apoi se urmărește care tip de bacterie se descurcă mai bine. Dacă bacteriile nu au evoluat, ar trebui să asistăm la o „remiză”.

În realitate, pentru toate cele 12 triburi, s-a observat o adaptare tot mai bună la mediul glucozat. Practic o generație mai „tânără” surclasa orice bacterie mai veche cu câteva sute de generații, și tendința aceasta s-a păstrat pentru mii de generații. Modificările s-au reflectat și în dimensiunea bacteriilor, care a crescut în timp. Creșterea (atât spațială, cât și ca fitness) nu a fost liniară, ci sub forma unei hiperbole, mai accentuată în primele câteva mii de generații și apoi tinzând progresiv spre un traseu plat. La nivel molecular, modificările genetice au fost multiple, însă toate direcționate spre o mai bună procurare și metabolizare a glucozei. O dovadă clară de selecție naturală, cu alte cuvinte. Şi mai intersant este faptul că mutațiile suferite de cele 12 triburi nu au fost identice. Toate au ajuns la o mai bună adaptare în mediul cu glucoză, dar pe căi diferite, prin mutații diferite! O excepție, totuși, uimitoare, a fost dată de faptul că 2 dintre triburi au ajuns în cele din urmă la o aceeași combinație de 59 de mutații benefice (apărute în ordini diferite, generații diferite, dar cu același rezultat). Acum mai rămâne să vină un creaționist și să ne explice că este imposibil să apară 59 de mutații benefice, pentru că șansa este de 0, 000000000… [a se insera zerouri după plac] …1.

Un alt rezultat remarcabil a fost ceea ce s-a petrecut cu unul dintre triburi la generația 33.100. În mod brusc, densitatea și vitalitatea acelor bacterii a crescut de 6 ori în decursul câtorva generații, și această trăsătură s-a menținut, desigur, pentru toți urmașii lor, surclasând astfel oricare dintre celelalte 11 triburi (care au continuat să progreseze dar în ritmul obișnuit, mai lent). Era ca un BMW pe lângă un Trabant din anii 70. În mod evident, ceva deosebit s-a întâmplat cu genomul tribului respectiv la generația 33.100. Analiza a arătat că survenise o schimbare cu totul spectaculoasă care permitea bacteriilor să folosească o altă substanță prezentă în flacon, și anume citratul, pe post de nutriment. Ca urmare a acelei schimbări, tribul a învățat să mănânce citrat. Dacă, așa cum se petrece în lumea reală, acel trib s-ar amesteca cu celelalte, noua adaptare la mediu ar deveni foarte rapid generalizată, și fixată în populație (peste un număr de generații toate bacteriile ar consuma și glucoză, și citrat). Cercetătorii au făcut niște calcule pornind de la numărul de bacterii, frecvența mutațiilor, și mărimea genomului bacterian, și au ajuns la concluzia că apariția UNEI mutații care să ducă la metabolizarea citratului nu este un fenomen atât de improbabil încât să necesite vreo 33.000 x 12 generații pentru a surveni. De ce nu a apărut mai repede, de ce nu a apărut și la alte triburi? Singura explicație logică este aceea că, probabil, nu era vorba de o singură mutație necesară pentru a metaboliza citratul, ci de două. Analiza genetică a demonstrat că, într-adevăr, pentru a permite metabolizarea citratului, este nevoie de 2 mutații, să le denumim A și B. Problema este însă că fiecare mutație în parte nu conferă bacteriei un avantaj evolutiv. Așadar, bacteria care are doar mutația A, sau doar mutația B, nu o duce cu nimic mai bine decât una care nu are niciuna dintre cele două mutații. Ne-am afla în fața unui exemplu tipic de ceea ce proponenții designului inteligent, ID, consideră complexitate ireductibilă (irreducible complexity, rebotezată de evoluționiști irrefutable perplexity 🙂 ). O structură necesitând anumite componente sau etape care, fiecare individual, nu conferă un avantaj individului, chipurile nu poate apărea. Analiza tribului care a dezvoltat lanțul metabolic pentru citrat dovedește acest concept eronat. O primă mutație a apărut în jurul generației 20.000 (mutația A), și s-a păstrat la un număr suficient de mare de urmași încât să ajungă la generația 33.100, când a survenit la unul dintre ei mutația complementară B. Combinația de A și B a fost lozul câștigător.

Experimentul lui Lenski, un adevărat coșmar pentru creaționiști, care încă n-au reușit să-i găsească nod în papură, a demonstrat strălucit și sub ochii noștri câteva din ideile de bază ale evoluției bazate pe selecția naturală:

• mutații întâmplătoare urmate de selectarea și fixarea în populație a celor care se dovedesc utile mediului.
• adaptarea la un același mediu poate urma traiectorii diferite și ajunge la rezultate diferite, al căror punct comun este doar o mai bună adaptare la mediul respectiv.
• mutațiile succesive benefice se acumulează în timp, cele dăunătoare se pierd.
• unele gene se păstrează având mutații indiferente la momentul producerii lor, prin simplă șansă sau genetic drift, dar în prezența altor gene care apar ulterior pot duce la un salt evolutiv spectaculos.