Selecția naturală a lui Darwin: de la wishful thinking la fundătură logică

Selecția naturală este un concept central al biologiei evoluționiste, introdus de Charles Darwin în secolul al XIX-lea. În esență, selecția naturală este procesul prin care organismele care sunt mai bine adaptate la mediul lor au o șansă mai mare de a supraviețui și de a se reproduce, transmitând caracteristicile favorabile urmașilor lor. Manualele de școală și de facultate definesc selecția naturală ca fiind mecanismul principal prin care evoluția are loc, implicând variație în trăsăturile ereditare ale indivizilor unei populații, lupta pentru existență și diferențele în rata de reproducere.

Exemple clasice de selecție naturală

Cintezele lui Darwin

Unul dintre cele mai cunoscute exemple de selecție naturală este cel al cintezelor de pe Insulele Galápagos, studiate de Charles Darwin în timpul călătoriei sale pe HMS Beagle. Cintezele prezentau variații semnificative în forma și dimensiunea ciocului, (zice-se) adaptate la diferite surse de hrană. De exemplu, unele cinteze aveau ciocuri mai groase, potrivite pentru a sparge semințe dure, în timp ce altele aveau ciocuri subțiri, potrivite pentru a prinde insecte. Adepții lui Darwin credeau că această variație a permis speciilor să se specializeze pe diferite nișe ecologice, reducând competiția și crescând șansele de supraviețuire.

Molia Biston betularia

Un alt exemplu clasic de selecție naturală este molia Biston betularia din Anglia. În timpul Revoluției Industriale, copacii acoperiți de licheni au fost înnegriți de funingine, făcând ca lichenii să dispară și moliile de culoare deschisă să devină mai vizibile prădătorilor, în timp ce moliile de culoare închisă au devenit mai bine camuflate. Astfel, gena pentru culoare închisă a crescut semnificativ în populația de molii, în dauna celei deschise, demonstrând cum selecția naturală poate favoriza trăsăturile care conferă un avantaj de supraviețuire într-un anumit mediu. Cu toate că acest exemplu a acoperit paginile atâtor zeci de mii de manuale de biologie de toate nivelurile, propriu-zis el nu explică nimic, decât o… selecție dintre 2 variante care existau în proporții diferite și înainte de Revoluția Industrială.

Giraffa camelopardalis (Girafa)

Girafele reprezintă un alt exemplu clasic pentru modul în care selecția naturală ar favoriza anumite trăsături anatomice. De la Lamarck încoace se consideră că girafele cu gâturi mai lungi au avut un avantaj în accesarea hranei situate la înălțimi mai mari, unde alte animale nu puteau ajunge. Astfel, unii credeau că girafele cu gâturi mai lungi au avut o șansă mai mare de a supraviețui și de a se reproduce, iar această trăsătură s-a răspândit în populație. Ce ”uită” să precizeze cei care cred că girafele s-au umflat în ”pene” și și-au lungit gâtul: 1) există sau nu girafe fără gât lung în arhiva fosiliferă, din care s-au desprins girafele ”cucuiete”?, 2) de ce nu și-au lungit gâtul și alte ierbivore? (doar presiunea competitivă era destul de mare), 3) cum au apărut schimbările compensatorii – de ex. valvele puternice de-a lungul vaselor de sânge care urcă, respectiv coboară sângele la/dinspre cap, necesare situației în care girafele coboară gâtul pentru a bea apă și sunt cu capul în jos (foarte jos chiar)? Cum de strămoșul fericit, care s-o născut cu mutația de gât mai lung nu a făcut apoplexie când a băut prima oară apă? Apariția de avantaje competitive e una, păstrarea lor e cu totul altceva, cam la fel cum la noi una e salariul brut și cu totul altceva salariul net. Adică un avantaj este competitiv și – probabil – păstrat în populație de selecția naturală, dacă este net competitiv, nu doar pe anumite coordonate. Cum ar fi putut fi păstrat avantajul ”gât înalt”, fără apariția în același timp a unei schimbări precise de compensare pentru creșterea presiunii sângelui în creier?

Rezistența la antibiotice în bacterii

Un alt exemplu de selecție naturală adus adesea de susținătorii biologiei evoluționiste este rezistența la antibiotice pe care o dezvoltă bacteriile. Când o populație de bacterii este expusă la un antibiotic, majoritatea bacteriilor sunt ucise, dar câteva care suferă anumite mutații ce conferă rezistență pot supraviețui. Aceste bacterii rezistente se vor reproduce sau vor pasa materialul genetic câștigător și altor bacterii, iar în timp, populația bacteriană va deveni predominant rezistentă la antibiotic, ilustrând (spun unii) rapiditatea cu care selecția naturală poate acționa în anumite circumstanțe. Ce se omite de obicei în acest scenariu este faptul că mutațiile genetice care nimeresc la un moment dat rezistența la antibiotice se întâmplă în regiuni specifice ale ADN-ului bacterian, cu rată mare a mutațiilor, denumite plasmide. Bacteriile își pot transfera rapid informația de la una la alta, odată ce a fost dibuită varianta de rezistență la antibiotic, prin procesul numit conjugare. Dacă aceași rată a mutațiilor ar avea loc în zona din ADN care codifică pentru reproducerea bacteriilor am deschide repede șampania și am renunța la spălatul pe mâini, pariind pe dispariția de la sine a micilor ucigași. Dar… nu e așa.

Întrebări dificile și fundătura logică a selecției naturale

Conservarea structurilor nefuncționale

Am înțeles că selecția naturală poate selecta între diferite variante deja existente. Una dintre întrebările fundamentale privind selecția naturală este însă cum reușește acest proces (orb, neghidat) să păstreze structuri în curs de dezvoltare, care încă nu au funcții complete și eficiente. Dacă selecția naturală favorizează doar trăsăturile care oferă un avantaj imediat, net, cum pot evolua structuri complexe care necesită mai multe etape intermediare pentru a deveni funcționale, respectiv mai multe selecții succesive?

De exemplu, cum ar putea evolua aripile păsărilor, dacă stadiile intermediare (precum aripile mici sau penele de zbor subdezvoltate) nu conferă un avantaj clar, imediat, ce poate fi selectat într-o singură generație de organisme (să le zicem în glumă ”păsări aspirante”) dintr-o masă de schimbări nu tocmai avantajoase? Aceste structuri vor fi nefuncționale până la finalizarea lor și, ca atare, nu vor fi păstrate.

Finalismul în biologie

Dacă selecția naturală păstrează “jumătăți” de structuri și “semi-funcții”, nu riscăm să cădem în finalism? Finalismul este ideea că evoluția are un scop sau o direcție predeterminată. Selecția naturală este considerată un proces orb și neghidat, conform lui Richard Dawkins, care a popularizat conceptul “ceasornicarului orb“, ca să încerce să explice complexitatea lumii vii fără a recurge la ideea unui Creator. Totuși, dacă structurile complexe – dar încă incomplet dezvoltate – necesită mai multe etape intermediare pentru a deveni funcționale, cum se împacă acest lucru cu ideea de proces orb și neghidat?

Apariția bruscă a structurilor anatomice noi

Am înțeles că selecția naturală selectează unele caracteristici avantajoase și – eventual – le păstrează în populație. O altă întrebare critică este cum apar aceste structuri anatomice noi și perfect funcționale dintr-o dată? Evoluția prin selecție naturală este de obicei descrisă ca un proces lent și treptat. Totuși, fosilele arată adesea apariția bruscă a unor forme de viață noi și complexe, fără predecesori evidenți în arhiva fosiliferă. Pe de altă parte, evoluția lentă prin selecție naturală e cu probleme de logică, așa cum am văzut mai sus. Rămâne varianta ”monștrilor fericiți”, așa cum numea Stephen Jay Gould rezultatele evoluției saltaționiste. Acest lucru ridică însă întrebări și mai serioase despre probabilitățile extrem de mici, necesare pentru ca mutațiile să ducă la structuri complet noi, integrate perfect în organism, deodată.

Calculul probabilistic și informația genetică

Pentru a ilustra dificultățile asociate cu apariția structurilor noi prin mutații, să luăm în considerare un calcul probabilistic simplu. Proteinele sunt alcătuite din secvențe de aminoacizi, iar o proteină tipică poate avea sute de aminoacizi într-o ordine specifică. Probabilitatea ca o mutație aleatorie să ducă la o proteină complet funcțională este extrem de mică.

Să presupunem că avem o proteină simplă formată din 100 de aminoacizi (de obicei, proteinele și enzimele au mult mai mulți aminoacizi). Fiecare poziție din această secvență poate fi ocupată de unul dintre cei 20 de aminoacizi disponibili. Astfel, numărul total de combinații posibile pentru această proteină este de 20^100. Acest număr este echivalent cu aproximativ 10^130. Dacă considerăm că doar o combinație specifică dintre acestea este funcțională, probabilitatea de a obține acea combinație specifică printr-o mutație aleatorie este de 1 din 10^130, adică 10^-130. Aceasta este o probabilitate incredibil de mică, ilustrând dificultatea de a obține structuri funcționale noi doar prin mutații aleatorii.

Nu mai vorbim de structura terțiară a proteinelor, adică acea configurare tridimensională, pe care o primesc proteinele după ce intră într-un anumit proces în aparatul Golgi din celule. Adică degeaba proteina are succesiunea bună de aminoacizi, dacă structura terțiară (configurația spațială) nu o ajută pentru respectiva funcție nouă. Deci, lucrurile se complică.

Pe lângă aceasta, structurile anatomice noi nu trebuie să fie doar funcționale, ci și să se integreze perfect în ansamblul organismului. Acest lucru presupune un nivel enorm de complexitate și informație genetică, ceea ce ridică întrebări despre capacitatea mutațiilor aleatorii de a genera noi funcții biologice complexe. Deci, lucrurile se complică extrem de rău.

Informația genetică și mutațiile

O altă problemă esențială este legată de natura informației genetice și de modul în care mutațiile o afectează. Mutațiile sunt schimbări aleatorii ale secvențelor de ADN, care pot apărea din cauza unor erori de replicare sau a expunerii la factori mutageni. De cele mai multe ori, mutațiile duc la pierderi de informație sau la modificări nesemnificative, mai degrabă decât la adăugarea de informație nouă și utilă. Este un fapt logic că schimbările aleatorii mai degrabă dezorganizează informația deja existentă, decât să aducă informație nouă; altfel, nu ar avea caracter aleatoriu, ci orientat, ceea ce însă contravine definiției mutațiilor genetice. Astfel, cum pot mutațiile să fie sursa principală a noilor funcții și structuri biologice complexe? E ca și cum aș avea un ceas analogic la mână și aș avea pretenția că dacă îl dau de perete va deveni smartwatch. Știu, pare exagerat, dar din punct de vedere al cantităților informaționale necesare schimbărilor complexe net benefice la organismele vii sau la sistemele complexe în general, analogia are sens.

Concluzie

Cu toate că factorii de mediu – abiotici și biotici – se pot constitui în ceea ce Darwin și alți naturaliști vedeau ca fiind ”selecție naturală”, separând prin valorile lor organismele care le pot face față de cele care nu le pot face față, totuși selecția naturală sau acest ansamblu de factori nu explică modul concret în care apar la ființele vii structuri morfologice noi, cu funcții clare, integrate în ansamblul funcțional al organismelor vii. Așa cum scria acad. N. Botnariuc în volumul ”Biologie generală” (ed. din 1974), ”fiecare sistem biologic este alcătuit din subsisteme și, totodată, el este parte componentă a unui alt sistem superior și nu poate fi conceput și înțeles corect în afara acestei ierarhii. Acestei ierarhii organizatorice îi corespunde o ierarhie a programelor.” Evident că orice schimbare de vreun fel într-un sistem biologic, presupune schimbări COMPENSATORII în toate subsistemele sale (sisteme de organe, țesuturi, celule) și în suprasistemul care îl cuprinde (populația sau biocenoza). Altfel spus, o schimbare în programul biologic al unei specii presupune schimbări compensatorii în sub-programele sale și în supra-programul care îl cuprinde. Acest aspect crucial nu a fost clar pentru naturaliștii sec. XIX și este omis în mod curios și constant de biologii și ecologii sec.XX și XXI.

Am uneori senzația că teoria evoluționistă se sprijină mai degrabă pe un fel de wishful thinking sau pe programare neuro-lingvistică (”s-a adaptat”, ”a evoluat”, ”speciația a avut loc” etc.) constantă, de la gimnaziu și până la facultate, decât pe răspunsuri clare, documentate și experimentate la o întrebare absolut întemeiată, pentru că științifică: ”CUM (a avut loc)?”