The Surprising Origins of Life’s Complexity

Ο Κάρολος Δαρβίνος δεν ήταν ακόμη 30 όταν πήρε τη βασική ιδέα για τη θεωρία της εξέλιξης. Αλλά μόνο όταν έγινε 50 ετών παρουσίασε το επιχείρημά του στον κόσμο. Πέρασε αυτές τις δύο δεκαετίες συγκεντρώνοντας μεθοδικά στοιχεία για τη θεωρία του και καταλήγοντας σε απαντήσεις σε κάθε σκεπτικιστικό αντεπιχείρημα που μπορούσε να σκεφτεί. Και το αντεπιχείρημα που περίμενε περισσότερο από όλα ήταν ότι η σταδιακή εξελικτική διαδικασία που οραματιζόταν δεν θα μπορούσε να παράγει ορισμένες πολύπλοκες δομές.

Σκεφτείτε το ανθρώπινο μάτι. Αποτελείται από πολλά μέρη - έναν αμφιβληστροειδή, έναν φακό, μύες, ζελέ κ.λπ. - όλα τα οποία πρέπει να αλληλεπιδρούν για να εμφανιστεί η όραση. Προκαλέστε ζημιά σε ένα μέρος - αποσπάστε τον αμφιβληστροειδή, για παράδειγμα - και μπορεί να ακολουθήσει τύφλωση. Στην πραγματικότητα, το μάτι λειτουργεί μόνο εάν τα μέρη έχουν το σωστό μέγεθος και σχήμα για να συνεργάζονται μεταξύ τους. Αν ο Δαρβίνος είχε δίκιο, τότε το περίπλοκο μάτι είχε εξελιχθεί από απλούς πρόδρομους. Στο On the Origin of Species, Ο Δαρβίνος έγραψε ότι αυτή η ιδέα «φαίνεται, ομολογώ ελεύθερα, παράλογη στον υψηλότερο δυνατό βαθμό».

Ωστόσο, ο Δαρβίνος μπορούσε να δει μια πορεία προς την εξέλιξη της πολυπλοκότητας. Σε κάθε γενιά, τα άτομα διέφεραν ως προς τα χαρακτηριστικά τους. Μερικές παραλλαγές αύξησαν την επιβίωσή τους και τους επέτρεψαν να αποκτήσουν περισσότερους απογόνους. Με την πάροδο των γενεών, αυτές οι πλεονεκτικές παραλλαγές θα γίνονταν πιο κοινές - με μια λέξη, θα ήταν «επιλεγμένες». Καθώς οι νέες παραλλαγές εμφανίστηκαν και εξαπλώθηκαν, θα μπορούσαν σταδιακά να επηρεάσουν την ανατομία, δημιουργώντας περίπλοκες δομές.

Το ανθρώπινο μάτι, υποστήριξε ο Δαρβίνος, θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί από ένα απλό κομμάτι ιστού που αιχμαλωτίζει το φως του είδους που αναπτύσσονται σήμερα ζώα όπως τα επίπεδα σκουλήκια. Η φυσική επιλογή θα μπορούσε να είχε μετατρέψει το έμπλαστρο σε ένα κύπελλο που θα μπορούσε να ανιχνεύσει την κατεύθυνση του φωτός. Στη συνέχεια, κάποιο πρόσθετο χαρακτηριστικό θα λειτουργούσε με το κύπελλο για να βελτιώσει περαιτέρω την όραση, να προσαρμόσει καλύτερα έναν οργανισμό στο περιβάλλον του, και έτσι αυτός ο ενδιάμεσος πρόδρομος του ματιού θα μεταβιβαστεί στις μελλοντικές γενιές. Και, βήμα προς βήμα, η φυσική επιλογή θα μπορούσε να οδηγήσει αυτόν τον μετασχηματισμό σε αυξημένη πολυπλοκότητα, επειδή κάθε ενδιάμεση μορφή θα παρείχε ένα πλεονέκτημα σε σχέση με αυτό που προηγήθηκε.

Οι σκέψεις του Δαρβίνου για την προέλευση της πολυπλοκότητας έχουν βρει υποστήριξη στη σύγχρονη βιολογία. Σήμερα οι βιολόγοι μπορούν να διερευνήσουν λεπτομερώς το μάτι και άλλα όργανα σε μοριακό επίπεδο, όπου βρίσκουν εξαιρετικά πολύπλοκες πρωτεΐνες που ενώνονται για να δημιουργήσουν δομές που μοιάζουν εντυπωσιακά με πύλες, μεταφορικούς ιμάντες και κινητήρες. Τέτοια περίπλοκα συστήματα πρωτεϊνών μπορούν να εξελιχθούν από πιο απλά, με τη φυσική επιλογή να ευνοεί τα ενδιάμεσα στην πορεία.

Αλλά πρόσφατα ορισμένοι επιστήμονες και φιλόσοφοι έχουν προτείνει ότι η πολυπλοκότητα μπορεί να προκύψει μέσω άλλων οδών. Κάποιοι υποστηρίζουν ότι η ζωή έχει μια ενσωματωμένη τάση να γίνεται πιο περίπλοκη με την πάροδο του χρόνου. Άλλοι υποστηρίζουν ότι καθώς προκύπτουν τυχαίες μεταλλάξεις, η πολυπλοκότητα εμφανίζεται ως παρενέργεια, ακόμη και χωρίς φυσική επιλογή που θα την βοηθήσει να προχωρήσει. Η πολυπλοκότητα, λένε, δεν είναι καθαρά το αποτέλεσμα εκατομμυρίων ετών λεπτομέρειας μέσω της φυσικής επιλογής - της διαδικασίας που ο Richard Dawkins ονόμασε περίφημα «ο τυφλός ωρολογοποιός». Σε κάποιο βαθμό, απλώς συμβαίνει.

Άθροισμα ποικίλων μερών

Βιολόγοι και φιλόσοφοι έχουν συλλογιστεί την εξέλιξη της πολυπλοκότητας για δεκαετίες, αλλά σύμφωνα με τον Daniel W. McShea, παλαιοβιολόγο στο Πανεπιστήμιο Duke, έχουν μπερδευτεί από ασαφείς ορισμούς. «Δεν είναι μόνο ότι δεν ξέρουν πώς να βάλουν έναν αριθμό. Δεν ξέρουν τι εννοούν με τη λέξη», λέει ο McShea.

Ο McShea σκέφτεται αυτό το ερώτημα εδώ και χρόνια, συνεργαζόμενος στενά με τον Robert N. Brandon, επίσης στο Duke. Ο McShea και ο Brandon προτείνουν να εξετάσουμε όχι μόνο τον τεράστιο αριθμό των μερών που αποτελούν τα ζωντανά πράγματα αλλά και τους τύπους των μερών. Το σώμα μας αποτελείται από 10 τρισεκατομμύρια κύτταρα. Αν ήταν όλα ενός τύπου, θα ήμασταν σωροί πρωτοπλάσματος χωρίς χαρακτηριστικά. Αντίθετα, έχουμε μυϊκά κύτταρα, ερυθρά αιμοσφαίρια, κύτταρα δέρματος κ.λπ. Ακόμη και ένα όργανο μπορεί να έχει πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Ο αμφιβληστροειδής, για παράδειγμα, έχει περίπου 60 διαφορετικά είδη νευρώνων, ο καθένας με ένα ξεχωριστό έργο. Με αυτό το μέτρο, μπορούμε να πούμε ότι εμείς οι άνθρωποι είμαστε, πράγματι, πιο περίπλοκοι από ένα ζώο όπως ένα σφουγγάρι, το οποίο έχει ίσως μόνο έξι τύπους κυττάρων.

Ένα πλεονέκτημα αυτού του ορισμού είναι ότι μπορείτε να μετρήσετε την πολυπλοκότητα με πολλούς τρόπους. Οι σκελετοί μας έχουν διαφορετικούς τύπους οστών, για παράδειγμα, το καθένα με ένα χαρακτηριστικό σχήμα. Ακόμη και η σπονδυλική στήλη αποτελείται από διαφορετικούς τύπους τμημάτων, από τους σπονδύλους στον αυχένα που κρατούν ψηλά το κεφάλι μας μέχρι εκείνους που στηρίζουν το θώρακά μας.

Στο βιβλίο τους του 2010 Ο Πρώτος Νόμος της Βιολογίας , Οι McShea και Brandon περιέγραψαν έναν τρόπο που θα μπορούσε να προκύψει η πολυπλοκότητα που ορίστηκε με αυτόν τον τρόπο. Υποστήριξαν ότι μια δέσμη εξαρτημάτων που ξεκινούν λίγο πολύ το ίδιο θα πρέπει να διαφοροποιούνται με την πάροδο του χρόνου. Κάθε φορά που οι οργανισμοί αναπαράγονται, ένα ή περισσότερα από τα γονίδιά τους μπορεί να μεταλλαχθούν. Και μερικές φορές αυτές οι μεταλλάξεις προκαλούν περισσότερους τύπους εξαρτημάτων. Μόλις ένας οργανισμός έχει περισσότερα μέρη, αυτές οι μονάδες έχουν την ευκαιρία να γίνουν διαφορετικές. Αφού αντιγραφεί κατά λάθος ένα γονίδιο, το αντίγραφο μπορεί να εντοπίσει μεταλλάξεις που το πρωτότυπο δεν μοιράζεται. Έτσι, εάν ξεκινήσετε με ένα σύνολο πανομοιότυπων εξαρτημάτων, σύμφωνα με τους McShea και Brandon, θα τείνουν να διαφέρουν ολοένα και περισσότερο το ένα από το άλλο. Με άλλα λόγια, η πολυπλοκότητα του οργανισμού θα αυξηθεί.

Καθώς προκύπτει η πολυπλοκότητα, μπορεί να βοηθήσει έναν οργανισμό να επιβιώσει καλύτερα ή να αποκτήσει περισσότερους απογόνους. Αν ναι, θα ευνοηθεί από τη φυσική επιλογή και θα εξαπλωθεί στον πληθυσμό. Τα θηλαστικά, για παράδειγμα, μυρίζουν δεσμεύοντας μόρια οσμής σε υποδοχείς στις νευρικές απολήξεις στη μύτη τους. Αυτά τα γονίδια υποδοχέων έχουν επανειλημμένα διπλασιαστεί εδώ και εκατομμύρια χρόνια. Τα νέα αντίγραφα μεταλλάσσονται, επιτρέποντας στα θηλαστικά να μυρίζουν ένα ευρύτερο φάσμα αρωμάτων. Τα ζώα που βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στη μύτη τους, όπως τα ποντίκια και οι σκύλοι, έχουν περισσότερα από 1.000 από αυτά τα γονίδια υποδοχέων. Από την άλλη πλευρά, η πολυπλοκότητα μπορεί να είναι επιβάρυνση. Οι μεταλλάξεις μπορούν να αλλάξουν το σχήμα ενός σπονδύλου του αυχένα, για παράδειγμα, καθιστώντας δύσκολη τη στροφή του κεφαλιού. Η φυσική επιλογή θα εμποδίσει αυτές τις μεταλλάξεις να εξαπλωθούν στους πληθυσμούς. Δηλαδή, οι οργανισμοί που γεννιούνται με αυτά τα χαρακτηριστικά θα τείνουν να πεθάνουν πριν αναπαραχθούν, αφαιρώντας έτσι τα επιβλαβή χαρακτηριστικά από την κυκλοφορία όταν φύγουν. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η φυσική επιλογή λειτουργεί ενάντια στην πολυπλοκότητα.

Σε αντίθεση με την τυπική εξελικτική θεωρία, οι McShea και Brandon βλέπουν την πολυπλοκότητα να αυξάνεται ακόμη και απουσία φυσικής επιλογής. Αυτή η δήλωση είναι, υποστηρίζουν, ένας θεμελιώδης νόμος της βιολογίας - ίσως ο μοναδικός. Το έχουν ονομάσει εξελικτικό νόμο μηδενικής δύναμης.

Το τεστ Fruit-Fly

Πρόσφατα ο McShea και η Leonore Fleming, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Duke, έθεσαν σε δοκιμασία τον εξελικτικό νόμο της μηδενικής δύναμης. Τα υποκείμενα ήταν Drosophila μύγες. Για περισσότερο από έναν αιώνα, οι επιστήμονες εκτρέφουν αποθέματα μυγών για να τα χρησιμοποιήσουν σε πειράματα. Στα εργαστηριακά τους σπίτια, οι μύγες έζησαν μια περιποιημένη ζωή, με συνεχή παροχή τροφής και ένα σταθερό, ζεστό κλίμα. Οι άγριοι συγγενείς τους, εν τω μεταξύ, πρέπει να αντιμετωπίσουν την πείνα, τα αρπακτικά, το κρύο και τη ζέστη. Η φυσική επιλογή είναι ισχυρή μεταξύ των άγριων μυγών, εξαλείφοντας μεταλλάξεις που κάνουν τις μύγες να μην μπορούν να αντιμετωπίσουν τις πολλές προκλήσεις τους. Στο προστατευμένο περιβάλλον των εργαστηρίων, αντίθετα, η φυσική επιλογή είναι αδύναμη.

Ο εξελικτικός νόμος μηδενικής δύναμης κάνει μια σαφή πρόβλεψη:τον περασμένο αιώνα οι εργαστηριακές μύγες θα έπρεπε να είχαν υποστεί λιγότερο την εξάλειψη δυσμενών μεταλλάξεων και επομένως θα έπρεπε να είχαν γίνει πιο περίπλοκες από τις άγριες.

Οι Fleming και McShea εξέτασαν την επιστημονική βιβλιογραφία για 916 εργαστηριακές σειρές μυγών. Έκαναν πολλά διαφορετικά μέτρα πολυπλοκότητας σε κάθε πληθυσμό. Στο περιοδικό Evolution &Development, ανέφεραν πρόσφατα ότι οι μύγες του εργαστηρίου ήταν πράγματι πιο περίπλοκες από τις άγριες.

Αν και ορισμένοι βιολόγοι έχουν υποστηρίξει τον εξελικτικό νόμο της μηδενικής δύναμης, ο Douglas Erwin, κορυφαίος παλαιοντολόγος στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Smithsonian, πιστεύει ότι έχει κάποια σοβαρά ελαττώματα. «Μία από τις βασικές του υποθέσεις αποτυγχάνει», υποστηρίζει. Σύμφωνα με το νόμο, η πολυπλοκότητα μπορεί να αυξηθεί ελλείψει επιλογής. Αλλά αυτό θα ίσχυε μόνο εάν οι οργανισμοί μπορούσαν πραγματικά να υπάρχουν πέρα ​​από την επίδραση της επιλογής. Στον πραγματικό κόσμο, ακόμη και όταν τους περιποιούνται οι πιο θαρρείς επιστήμονες, υποστηρίζει ο Έρβιν, η επιλογή εξακολουθεί να ασκεί μια δύναμη. Για να αναπτυχθεί σωστά ένα ζώο όπως η μύγα, πρέπει να αλληλεπιδράσουν εκατοντάδες γονίδια σε μια περίτεχνη χορογραφία, μετατρέποντας ένα κύτταρο σε πολλά, δημιουργώντας διαφορετικά όργανα και ούτω καθεξής. Οι μεταλλάξεις μπορεί να διαταράξουν αυτή τη χορογραφία, εμποδίζοντας τις μύγες να γίνουν βιώσιμες ενήλικες.

Ένας οργανισμός μπορεί να υπάρχει χωρίς εξωτερική επιλογή -χωρίς το περιβάλλον να καθορίζει ποιος κερδίζει και ποιος χάνει στην εξελικτική κούρσα- αλλά θα εξακολουθεί να υπόκειται σε εσωτερική επιλογή, η οποία λαμβάνει χώρα εντός των οργανισμών. Στη νέα τους μελέτη, ο McShea και ο Fleming δεν παρέχουν στοιχεία για τον εξελικτικό νόμο μηδενικής δύναμης, σύμφωνα με τον Erwin, «επειδή εξετάζουν μόνο παραλλαγές για ενήλικες». Οι ερευνητές δεν εξέτασαν τα μεταλλαγμένα που πέθαναν από αναπτυξιακές διαταραχές πριν φτάσουν στην ωριμότητα, παρά το γεγονός ότι τους φρόντιζαν επιστήμονες.

Μερικά από τα έντομα είχαν ακανόνιστα πόδια. Άλλοι απέκτησαν περίπλοκα σχέδια χρωμάτων στα φτερά τους. Τα τμήματα των κεραιών τους έπαιρναν διαφορετικά σχήματα. Απαλλαγμένες από τη φυσική επιλογή, οι μύγες έχουν απολαύσει την πολυπλοκότητα.

Μια άλλη ένσταση που έχουν εγείρει ο Erwin και άλλοι κριτικοί είναι ότι η εκδοχή της πολυπλοκότητας των McShea και Brandon δεν συνάδει με τον τρόπο με τον οποίο οι περισσότεροι άνθρωποι ορίζουν τον όρο. Άλλωστε, ένα μάτι δεν έχει απλώς πολλά διαφορετικά μέρη. Αυτά τα μέρη εκτελούν επίσης μια εργασία μαζί, και το καθένα έχει μια συγκεκριμένη δουλειά να κάνει. Αλλά ο McShea και ο Brandon υποστηρίζουν ότι το είδος της πολυπλοκότητας που εξετάζουν θα μπορούσε να οδηγήσει σε άλλου είδους πολυπλοκότητα. «Το είδος της πολυπλοκότητας που βλέπουμε σε αυτό το Drosophila Ο πληθυσμός είναι το θεμέλιο για πραγματικά ενδιαφέροντα πράγματα που θα μπορούσε να αποκτήσει η επιλογή» για την κατασκευή πολύπλοκων δομών που λειτουργούν για να βοηθήσουν την επιβίωση, λέει ο McShea.

Μοριακή πολυπλοκότητα

Ως παλαιοβιολόγος, ο McShea έχει συνηθίσει να σκέφτεται το είδος της πολυπλοκότητας που μπορεί να δει στα απολιθώματα - τα οστά που ταιριάζουν μεταξύ τους σε έναν σκελετό, για παράδειγμα. Όμως, τα τελευταία χρόνια, αρκετοί μοριακοί βιολόγοι έχουν αρχίσει ανεξάρτητα να σκέφτονται όπως εκείνος για το πώς προκύπτει η πολυπλοκότητα.

Στη δεκαετία του 1990 μια ομάδα Καναδών βιολόγων άρχισε να αναλογίζεται το γεγονός ότι οι μεταλλάξεις συχνά δεν έχουν καμία απολύτως επίδραση σε έναν οργανισμό. Αυτές οι μεταλλάξεις είναι, στην ορολογία της εξελικτικής βιολογίας, ουδέτερες. Οι επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου του Michael Gray του Πανεπιστημίου Dalhousie στο Χάλιφαξ, πρότειναν ότι οι μεταλλάξεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πολύπλοκες δομές χωρίς να περάσουν από μια σειρά ενδιάμεσων που επιλέγονται το καθένα για τη βοήθειά τους στην προσαρμογή ενός οργανισμού στο περιβάλλον του. Ονόμασαν αυτή τη διαδικασία «εποικοδομητική ουδέτερη εξέλιξη».

Ο Γκρέι ενθαρρύνθηκε από ορισμένες πρόσφατες μελέτες που παρέχουν αδιάσειστα στοιχεία για την εποικοδομητική ουδέτερη εξέλιξη. Ένας από τους ηγέτες αυτής της έρευνας είναι ο Joe Thornton του Πανεπιστημίου του Όρεγκον. Αυτός και οι συνεργάτες του βρήκαν αυτό που φαίνεται να είναι παράδειγμα στα κύτταρα των μυκήτων. Σε μύκητες, όπως το μανιτάρι portobello, τα κύτταρα πρέπει να μετακινήσουν άτομα από το ένα μέρος στο άλλο για να παραμείνουν ζωντανά. Ένας από τους τρόπους με τους οποίους το κάνουν είναι με μοριακές αντλίες που ονομάζονται σύμπλοκα κενοτοπίων ΑΤΡάσης. Ένας περιστρεφόμενος δακτύλιος πρωτεϊνών μεταφέρει άτομα από τη μια πλευρά μιας μεμβράνης του μύκητα στην άλλη. Αυτό το δαχτυλίδι είναι σαφώς μια πολύπλοκη δομή. Περιέχει έξι μόρια πρωτεΐνης. Τέσσερα από τα μόρια αποτελούνται από την πρωτεΐνη γνωστή ως Vma3. Το πέμπτο είναι το Vma11 και το έκτο το Vma16. Και οι τρεις τύποι πρωτεΐνης είναι απαραίτητοι για την περιστροφή του δακτυλίου.

Για να ανακαλύψουν πώς εξελίχθηκε αυτή η πολύπλοκη δομή, ο Thornton και οι συνεργάτες του συνέκριναν τις πρωτεΐνες με σχετικές εκδόσεις σε άλλους οργανισμούς, όπως τα ζώα. (Οι μύκητες και τα ζώα μοιράζονται έναν κοινό πρόγονο που έζησε περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια πριν.)

Στα ζώα, τα σύμπλοκα κενοτοπίων ΑΤΡάσης έχουν επίσης περιστρεφόμενους δακτυλίους κατασκευασμένους από έξι πρωτεΐνες. Αλλά αυτοί οι δακτύλιοι είναι διαφορετικοί με έναν κρίσιμο τρόπο:αντί να έχουν τρεις τύπους πρωτεϊνών στους δακτυλίους τους, έχουν μόνο δύο. Κάθε δαχτυλίδι ζώων αποτελείται από πέντε αντίγραφα του Vma3 και ένα του Vma16. Δεν έχουν Vma11. Σύμφωνα με τον ορισμό της πολυπλοκότητας των McShea και Brandon, οι μύκητες είναι πιο περίπλοκοι από τα ζώα—τουλάχιστον όταν πρόκειται για τα σύμπλοκα κενοτοπίων ATPase τους.

Οι επιστήμονες εξέτασαν προσεκτικά τα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες του δακτυλίου. Η Vma11, η πρωτεΐνη δακτυλίου μοναδική στους μύκητες, αποδεικνύεται ότι είναι στενός συγγενής της Vma3 τόσο στα ζώα όσο και στους μύκητες. Τα γονίδια για το Vma3 και το Vma11 πρέπει επομένως να έχουν κοινή καταγωγή. Ο Thornton και οι συνεργάτες του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι νωρίς στην εξέλιξη των μυκήτων, ένα προγονικό γονίδιο για τις πρωτεΐνες του δακτυλίου διπλασιάστηκε κατά λάθος. Αυτά τα δύο αντίγραφα στη συνέχεια εξελίχθηκαν σε Vma3 και Vma11.

Συγκρίνοντας τις διαφορές στα γονίδια για το Vma3 και το Vma11, ο Thornton και οι συνεργάτες του ανακατασκεύασαν το προγονικό γονίδιο από το οποίο εξελίχθηκαν και οι δύο. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αυτή την αλληλουχία DNA για να δημιουργήσουν μια αντίστοιχη πρωτεΐνη - στην πραγματικότητα, αναστώντας μια πρωτεΐνη 800 εκατομμυρίων ετών. Οι επιστήμονες ονόμασαν αυτή την πρωτεΐνη Anc.3-11—συντομογραφία του anc estor of Vma3 και Vma11 . Αναρωτήθηκαν πώς λειτουργούσε ο πρωτεϊνικός δακτύλιος με αυτή την προγονική πρωτεΐνη. Για να το ανακαλύψουν, εισήγαγαν το γονίδιο για το Anc.3-11 στο DNA της ζύμης. Επίσης, έκλεισαν τα γονίδια των απογόνων του, Vma3 και Vma11. Κανονικά, το κλείσιμο των γονιδίων για τις πρωτεΐνες Vma3 και Vma11 θα ήταν θανατηφόρο επειδή η μαγιά δεν μπορούσε πλέον να κάνει τους δακτυλίους τους. Αλλά ο Thornton και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι η μαγιά θα μπορούσε να επιβιώσει με το Anc.3-11. Συνδύασε το Anc.3-11 με το Vma16 για να φτιάξει πλήρως λειτουργικούς δακτυλίους.

Πειράματα όπως αυτό επέτρεψαν στους επιστήμονες να διατυπώσουν μια υπόθεση για το πώς ο μυκητιακός δακτύλιος έγινε πιο περίπλοκος. Οι μύκητες ξεκίνησαν με δακτυλίους φτιαγμένους από μόνο δύο πρωτεΐνες—τις ίδιες που βρίσκονται σε ζώα όπως εμείς. Οι πρωτεΐνες ήταν ευέλικτες, ικανές να συνδέονται με τον εαυτό τους ή με τους συντρόφους τους, ενώνοντας τις πρωτεΐνες είτε στα δεξιά είτε στα αριστερά τους. Αργότερα το γονίδιο για το Anc.3-11 διπλασιάστηκε σε Vma3 και Vma11. Αυτές οι νέες πρωτεΐνες συνέχισαν να κάνουν αυτό που έκαναν οι παλιές:συναρμολογήθηκαν σε δακτυλίους για αντλίες. Αλλά σε εκατομμύρια γενιές μυκήτων, άρχισαν να μεταλλάσσονται. Μερικές από αυτές τις μεταλλάξεις αφαίρεσαν λίγη από την ευελιξία τους. Το Vma11, για παράδειγμα, έχασε την ικανότητα σύνδεσης με το Vma3 στη δεξιόστροφη πλευρά του. Το Vma3 έχασε την ικανότητα σύνδεσης με το Vma16 στη δεξιόστροφη πλευρά του. Αυτές οι μεταλλάξεις δεν σκότωσαν τη μαγιά, επειδή οι πρωτεΐνες μπορούσαν ακόμα να συνδεθούν μεταξύ τους σε έναν δακτύλιο. Ήταν ουδέτερες μεταλλάξεις, με άλλα λόγια. Αλλά τώρα ο δακτύλιος έπρεπε να είναι πιο περίπλοκος γιατί θα μπορούσε να σχηματιστεί με επιτυχία μόνο εάν υπήρχαν και οι τρεις πρωτεΐνες και μόνο εάν τακτοποιούνταν σε ένα σχέδιο.

Ο Thornton και οι συνεργάτες του έχουν αποκαλύψει ακριβώς το είδος του εξελικτικού επεισοδίου που προβλέπεται από τον εξελικτικό νόμο μηδενικής δύναμης. Με την πάροδο του χρόνου, η ζωή παρήγαγε περισσότερα μέρη—δηλαδή περισσότερες πρωτεΐνες δακτυλίου. Και τότε αυτά τα επιπλέον μέρη άρχισαν να αποκλίνουν το ένα από το άλλο. Οι μύκητες κατέληξαν με πιο περίπλοκη δομή από ό,τι είχαν οι πρόγονοί τους. Αλλά δεν συνέβη όπως είχε φανταστεί ο Δαρβίνος, με τη φυσική επιλογή να ευνοεί μια σειρά από ενδιάμεσες μορφές. Αντίθετα, ο μυκητιακός δακτύλιος εκφυλίστηκε στην πολυπλοκότητα.

Διόρθωση λαθών

Ο Γκρέι βρήκε ένα άλλο παράδειγμα εποικοδομητικής ουδέτερης εξέλιξης στον τρόπο με τον οποίο πολλά είδη επεξεργάζονται τα γονίδιά τους. Όταν τα κύτταρα χρειάζεται να δημιουργήσουν μια δεδομένη πρωτεΐνη, μεταγράφουν το DNA του γονιδίου του σε RNA, το μονόκλωνο αντίστοιχο του DNA, και στη συνέχεια χρησιμοποιούν ειδικά ένζυμα για να αντικαταστήσουν ορισμένα δομικά στοιχεία RNA (που ονομάζονται νουκλεοτίδια) με άλλα. Η επεξεργασία RNA είναι απαραίτητη για πολλά είδη, συμπεριλαμβανομένου και εμάς—τα μη επεξεργασμένα μόρια RNA παράγουν πρωτεΐνες που δεν λειτουργούν. Αλλά υπάρχει και κάτι αναμφισβήτητα περίεργο σε αυτό. Γιατί δεν έχουμε απλώς γονίδια με τη σωστή αρχική αλληλουχία, καθιστώντας την επεξεργασία του RNA περιττή;

Το σενάριο που προτείνει ο Γκρέι για την εξέλιξη της επεξεργασίας RNA έχει ως εξής:ένα ένζυμο μεταλλάσσεται έτσι ώστε να μπορεί να κολλήσει στο RNA και να αλλάξει ορισμένα νουκλεοτίδια. Αυτό το ένζυμο δεν βλάπτει το κύτταρο, ούτε το βοηθά — τουλάχιστον όχι στην αρχή. Χωρίς να κάνει κακό, επιμένει. Αργότερα εμφανίζεται μια επιβλαβής μετάλλαξη σε ένα γονίδιο. Ευτυχώς, το κύτταρο έχει ήδη το ένζυμο δέσμευσης RNA, το οποίο μπορεί να αντισταθμίσει αυτή τη μετάλλαξη με επεξεργασία του RNA. Προστατεύει το κύτταρο από τη βλάβη της μετάλλαξης, επιτρέποντας στη μετάλλαξη να περάσει στην επόμενη γενιά και να εξαπλωθεί σε ολόκληρο τον πληθυσμό. Η εξέλιξη αυτού του ενζύμου που επεξεργάζεται το RNA και η μετάλλαξη που καθόρισε δεν καθοδηγήθηκε από τη φυσική επιλογή, υποστηρίζει ο Γκρέι. Αντίθετα, αυτό το επιπλέον επίπεδο πολυπλοκότητας εξελίχθηκε από μόνο του — «ουδέτερα». Στη συνέχεια, όταν έγινε ευρέως διαδεδομένο, δεν υπήρχε τρόπος να απαλλαγούμε από αυτό.

Ο David Speijer, βιοχημικός στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, πιστεύει ότι ο Γκρέι και οι συνάδελφοί του έχουν κάνει στη βιολογία μια υπηρεσία με την ιδέα της εποικοδομητικής ουδέτερης εξέλιξης, ειδικά αμφισβητώντας την ιδέα ότι κάθε πολυπλοκότητα πρέπει να είναι προσαρμοστική. Αλλά ο Speijer ανησυχεί ότι μπορεί να πιέζουν πολύ το επιχείρημά τους σε ορισμένες περιπτώσεις. Από τη μια πλευρά, πιστεύει ότι οι αντλίες μυκήτων είναι ένα καλό παράδειγμα εποικοδομητικής ουδέτερης εξέλιξης. «Ο καθένας με το σωστό μυαλό του θα συμφωνούσε απόλυτα με αυτό», λέει. Σε άλλες περιπτώσεις, όπως η επεξεργασία του RNA, οι επιστήμονες δεν θα πρέπει, κατά την άποψή του, να απορρίψουν την πιθανότητα να λειτουργούσε η φυσική επιλογή, ακόμα κι αν η πολυπλοκότητα φαίνεται άχρηστη.

Ο Gray, ο McShea και ο Brandon αναγνωρίζουν τον σημαντικό ρόλο της φυσικής επιλογής στην άνοδο της πολυπλοκότητας που μας περιβάλλει, από τη βιοχημεία που δημιουργεί ένα φτερό μέχρι τα εργοστάσια φωτοσυνθετικής μέσα στα φύλλα των δέντρων. Ωστόσο, ελπίζουν ότι η έρευνά τους θα πείσει άλλους βιολόγους να σκεφτούν πέρα ​​από τη φυσική επιλογή και να δουν την πιθανότητα ότι η τυχαία μετάλλαξη μπορεί να τροφοδοτήσει από μόνη της την εξέλιξη της πολυπλοκότητας. «Δεν απορρίπτουμε καθόλου την προσαρμογή ως μέρος αυτού», λέει ο Γκρέι. "Απλώς δεν πιστεύουμε ότι εξηγεί τα πάντα."