Ontogenia salveaza filogenia…


Cei care au o anumita vârstă își mai aduc aminte de legea lui Haeckel. Ontogenia repetă filogenia. Bazându-se pe dezvoltarea embriologică Ernst Haeckel a emis legea că dezvoltarea embriologică repetă etapele de tranziție de la celula eucariotă (oul) până la stadiul de adult, trecând prin stadii de pești, reptile, etc…

Având în vedere epoca în care a scris (sfârșitul secolului XIX – moment în care genetica nu exista, analizele moleculare complexe erau doar un vis, etc.) nu e deloc surprinzător că asemănarea embrionilor în diverse stadii de dezvoltare poate da o asemenea idee.

Partea interesantă e că dezvoltarea geneticii și descoperirea genelor Homeobox îi dau dreptate parțial lui Haeckel. Aceleași gene asigură dezvoltarea embrionară aproape indiferent de tipul de animal studiat. Există însă două restricții fundamentale în dezvoltarea animală care implică păstrarea unui plan comun  de dezvoltare.

Primul și cel mai important punct e că un ciclu de dezvoltare are următoarea schemă: ou – embrion – adult – ou. Sau, în traducere – unicelular – pluricelular (creștere) – pluricelular (adult activ sexual) – celule sexuale haploide – ou (unicelular diploid). Cu alte cuvinte, indiferent dacă ai de construit un elefant sau un Volvox, trebuie să treci prin stadiul unicelular. De aici dezvoltarea incepe simplu – o celulă. Apoi 2. Apoi 4, 8 samd. Evident că cel puțin stadiile incipiente trebuie să fie identice…. Până la gastrulare(termenul îi aparține lui Haeckel! 😛 )! Problema ține apoi de modul în care organizezi embrionul. Primele celule sunt aparent identice. Dar unele trebuie să ajungă piele, altele neuroni, altele intestin. Deci trebuie să comunice între ele și să găsească o cale prin care să se hotărască (cel mai simplu e prin asimetrie de creștere și comunicare prin diverși transmițători). Apoi trebuie să ne reamintim că planul general de dezvoltare pentru un vertebrat e relativ simplu –  o coloana vertebrală, un tub digestiv și ceva între ele. Apoi poți dezvolta membre, organe de simț, etc… E firesc ca lucrurile să semene.

Lucrurile sunt insă extrem de interesante încă de la dezvoltarea embriologică. După gastrulare urmează formarea unei guri primitive. Sau anus primitiv. Intră în scenă protostomele (gura prima – nevertebratele în general) și deuterostomele (chordate, echinoderme). Acum vă uitați în partea posterioară cu mai mult respect 😀 . Chiar de aici apar probleme în planul viitorului organism. Protostomele au un plan de dezvoltare (sistem nervos ganglionar) în timp ce deuterostomele pot genera un sistem nervos care să se dezvolte altfel. Sistemul ganglionar are un mare avantaj  – se dezvoltă în fiecare parte a organismului, generând putere de calcul locală dar e mai putin capabil să construiască un sistem nervos centralizat. De ce? Pentru că modul de dezvoltare se bazează pe o creștere locală a masei neuronale și e ceva mai dificil de colaborat. Sistemul nervos al deuterostomelor e construit ca un tub neural cu prelungiri în teritoriu, strict pentru culegerea de date și pentru comandă. Dacă vreți o analogie e diferența dintre o birocrație centralizată modernă și un stat feudal cu multă autonomie locală. Acum e mai ușor de înțeles? Pentru o putere mare de calcul un sistem ganglionar trebuie să recruteze mulți ganglioni în timp ce un sistem tubular trebuie doar să crească un creier. E drept și protostomele cresc echivalentul unui creier dar… mai au și alte constrângeri (lipsa unui schelet intern). Și aici e al doilea avantaj al chordatelor (nu toate deuterostomele sunt chordate dar toate chordatele sunt deuterostome). Coloana vertebrală, crescută ca suport pentru tubul neural și … scheletul intern.

Scheletul extern e ușor de crescut (dovadă artropodele – grup extrem de mare!) dar limitează mărimea organismului. Fiind extern, ca să crești trebuie să il schimbi (insecte, crustacee) sau să adopți soluția melcilor/scoicilor/nautilus – să crești mereu o nouă cameră/cochilie în care organismul să încapă. Singurele moluște care par să depășească aceste constrângeri sunt sepiile și caracatițele – sepiile pentru că au un os intern și caracatițele pentru că .. nu mai au deloc (unele mai au un os vestigial sub manta). Însă am vești proaste pentru cei ce cred că viitoare specie inteligentă va avea opt brațe. Durata de viață a unei sepii/caracatițe e limitată la un singur ciclu evolutiv. Se înmulțesc și .. mor. E o constrângere imensă (similară cu a reptilelor – depun ouă de care nu mai au grijă) comparativ cu păsările, dinozaurii sau mamiferele care au grijă de pui și după eclozare/naștere, prilej de a-i feri de prădători dar și de a transmite cunoștințe de viață ce NU pot fi transmise genetic.

Dacă revenim la embrionul nostru proaspăt gastrulat și care are acum și echivalentul unui tub digestiv deja vedem că încep să se diferențieze pe organogeneză și dezvoltare spre o formă mai ușor de recunoscut.

Și relativ repede… în 60 de zile un embrion uman trece de la o celulă fecundată la un fetus în care toată lumea recunoaște planul general uman. Din care se scad 7-8 zile până la implantare. Gastrularea are loc cam la 18 zile. Deci în 42 de zile are loc restul …ontogeniei filogenetice. 

Și de ce are totuși Haeckel un pic de dreptate? Pentru că dezvoltarea embriologică e diferită profund de asamblarea mecanica. E imposibil să construiești o ființă multicelulară asamblând organe (fie monstrul lui Frankenstein, fie modul în care e făcută mașina personală). Nu poți tăia părți și apoi să le lipești sau să le înșurubezi. Creșterea e asemănătoare unei rețete culinare. Se ia un ou (fecundat, de preferință), se amestecă cu proteine semnalizatoare, se pune la incubat, se tratează cu asimetrie de dezvoltare și proteine Homeobox, se urmează manifestările genelor și se așteaptă x zile. Et voila – avem un nou născut. Ca la o rețetă – dacă anumiți pași nu se respectă (20 de minute de frământare, nici mai mult, nici mai puțin – 8 zile pâna la implantare) atunci apar probleme. Malformații, avort, etc.

Iar natura nu inventează nimic (Dawkins ar adăuga nenumărate caveat  la fraza asta: personificare, evoluția e natural selectivă dar nu e teleolologică, etc) nou ci doar folosește forme vechi și le toarnă în tipare noi. Un exemplu clasic e ochiul. Genele Hox care controlează dezvoltarea sunt identice atât la om cât și la insecte (ei, nu chiar identice dar extrem de asemănătoare). Ceea ce e clar că au fost folosite la ultimul strămoș comun pentru o structură capabilă de a simți lumina. Că insectele au ochi compuși, că trilobiții au lentile de calcit (unice! – doar șerpii de mare – rude cu stele de mare – echinoderme, nicidecum șerpi reptile!), ca cefalopodele au ochi asemănători cu ai noștri nu mai contează, genele care controlează dezvoltarea sunt cam aceleași. Ca subrutinele unui program de calculatori. Că subrutina pentru ochii simpli ai melcului e mult mai simplă decât cea pentru ochii șoimului… e altceva. Modul clasic în care se dezvoltă complexitatea e prin…duplicarea unei gene și recrutarea ei pentru un nou job. Mioglobina și hemoglobina sunt foarte asemănătoare. Ambele au rolul de a stoca oxigen. Prima apărută e mioglobina. Hemoglobina e o invenție a vertebratelor. Ai nevoie de ea pentru că sistemul circulator e închis și ceva trebuie să transporte oxigenul spre țesuturi. Ca atare agnatostomele (familiara mreană!) au o hemoglobină cu doar 2 lanțuri, asemănătoare cu mioglobina. Abia apoi apare forma mai eficientă cu 2 lanțuri alfa și beta, pe care o avem și noi. Astfel că avem o genă care sintetizează mioglobina acum 500 de milioane de ani. Acum 400 de milioane e duplicată și folosită de strămoșii mrenelor pentru transport sangvin. Ulterior se mai duplică și avem hemoglobina. Nicidecum nu e inventată o genă nouă ci una veche … cosmetizată. Asta e esența procesului de evoluție, la nivel genetic. Duplicare și recrutare pentru noi funcții. Că, în timp, ajung să nu mai semene cu originalul…e altă poveste (nici Fordul T nu seamnă cu Fordul Ka dar nimeni nu ar putea spune că Fordul Ka e fundamental diferit de T sau că au evoluat separat din căruță!).

Și aici e marea problemă a organismelor. Evoluția folosește ce are. Ca atare există constrângeri fundamentale. Nu poți evolua un al treilea ochi dacă ești un vertebrat bilateral. Nu poți evolua încă o pereche de picioare dacă ești tetrapod. Nu poți evolua un creier în zona lombară dacă ești tetrapod. Mecanismele de dezvoltare embriologică o interzic (evident, nu definitiv. Dar constrângerile externe ar trebui să fie foarte specifice pentru acest gen de evoluție – un cățel cu 6 picioare nu are motive să fie mai eficient în deplasare față de unul cu 4 picioare iar digresiunea embriologică pentru o asemenea ispravă e foarte complicată. De exemplu păsările au o coadă …specială – pygidium, cunoscută popular ca .. târtiță. Embriologic vorbind însă apare o coadă clasică de dinozaur, cu vertebre etc. Apoi, la un moment dat, evoluția ei e oprită și se dezvoltă pygidiumul – mai util pentru zbor decât coada dinozaurului, fie și acoperită cu pene – a se compara cu ampenajul unui avion: coada de dinozaur e lungă și exprimă pene laterale în timp ce coada de pasăre exprimă pene perpendiculare ce formează un ampenaj. E o structură nouă dar cea veche apare în planul general apoi e abandonată – un proiectant de Ford nu ar produce o formă incipientă de volan de T apoi l-ar abandona și ar produce un volan de Ka, cu airbag).

Astfel că SF-urile privind evoluția ulterioară sunt…doar F-uri, S-ul lipsește. Nu ne vom dezvolta încă o pereche de brațe, nu vom avea opt picioare ca să mergem precum păianjenii… Vom avea mai puțini dinți (poate o placă dentară) dar progresele stomatologice vor pune halt și aici evoluției – toți vor dori și vor putea avea o dantură sănătoasă, clasică. Apendicita nu mai duce la deces deci apendicele nu va dispare. Singura evoluție e în domeniul intelectual. Presiunea tehnologică și științifică impun o perioadă mai mare și mai lungă de învățare, o creștere a inteligenței pentru a face față cunoștințelor moderne și pentru a putea evolua într-o lume din ce în  ce mai complexă. Sporirea masei neuronale e probabilă (dacă nu există constrângeri de creștere!), cu o creștere moderată a dimensiunilor craniului, probabil pe seama neurocraniului și în dauna viscerocraniului. Dar cam atât. Am ajuns la stadiul în care evoluția darwiniană nu ni se mai aplică pentru că o fentăm conștient. De exemplu – clonarea. Sau operația de apendicită. Sau nașterile asistate. Nimic din aceste constrângeri nu ni se mai aplică. Ba, mai mult, vom putea altera genomul pentru a da anumite trăsături (ochi albaștri, păr blond. Mai puțin inteligență – genele implicate sunt multe și complexe – doar 1% din copii moștenesc inteligența părinților!). E posibil să învățăm să ne crește brațe suplimentare, ochi la spate sau alte alea (nu e imposibil ci doar extrem de improbabil, extrem de complicat și practic imposibil de transmis copiilor, doar daca vom clona sau vom avea partenerul/partenera cu aceeași modificare). Dar aceste modificări sunt conștiente și nu răspund neapărat unor provocări ale mediului ci adesea unei mode (culoarea ochilor sau a pielii țin de modă – nu toți părinții își doresc blonzi cu ochi albaștri? Pentru că blonzii cu ochi albaștri reamintesc de succesul germanilor și nordicilor în a ocupa Europa ca strat conducător. Romanii sau grecii nu aveau nimic deosebit pentru asta. Din contră, erau trăsături inferioare, barbare pe vremea lor).

Dar e posibil, destul de probabil, să descoperim că nu putem altera atât de profund natura umană. Că dezvoltarea embriologică ne oprește să facem acest gen de modificări genetice posibile. Și nu numai în cazul nostru. Știu că mulți s-ar bucura de un pui cu 6 aripioare, numai bune de facut picante cu sos de usturoi. Pentru ei, genetica nu are promisiuni. Pur și simplu 4 miliarde de ani de evoluție ne-au pus pe anumite direcții… greu de schimbat.

PS – ce nu e imposibil e altceva. E posibil ca cineva să conceapă un organism cu totul nou, cu alte modele de dezvoltare embriologică. Care să nu aibă restricțiile actuale. Cu calculatoare foarte puternice, tehnologii de manipulare a ADN-ului și multe incubatoare … tehnic e posibil să creezi un animal/plantă care să nu aibă nimic în comun cu cele naturale. Până și aici e un caveat – codul cu 4 litere al ADN-ului actual e unul dintre cele mai eficiente posibile. Asta e chimia organică. Și iar găsim constrângeri…. 😀

PS2 – despre teleologie și filogenie…un pic mai încolo

Anunțuri

2 thoughts on “Ontogenia salveaza filogenia…

  1. Un cumul de teorii invatate disparat in scoala, reviste, emisiuni TV, adunate aici unitar pentru o privire de ansamblu. Mai mult, un ansamblu actualizat! Foarte necesar oricarui individ de la 9 la 90 de ani si foarte usor (friendly) de citit! Am introdus termenul in engleza pentru ca , efectiv, ai impresia ca stai de vorba cu un amic! Bravo!

Dacă ai ceva de spus, comentează!

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s