kambr.pdf

Kambryjska eksplozja życia:

Biologiczny Big Bang

Michał Ostrowski

I. Wprowadzenie

Ewolucjonistyczna propaganda zapewnia publikę wszem i wobec, że neodarwinow-

ska teoria ewolucji jest doskonale potwierdzona, wielokrotnie sprawdzona, stano-

wi jedną z najlepiej dowiedzionych w nauce teorii itd., itp. Sprawia to wrażenie,

że wątpliwości wobec teorii ewolucji zostały rozwiane już dawno temu, pozosta-

ło co najwyżej do uzupełnienia parę szczegółów w tym idyllicznym obrazie. „Ża-

den wykształcony człowiek — pisał w 2000 r. znany biolog ewolucyjny Ernst Mayr

— nie kwestionuje zasadności teorii ewolucji, o której wiemy dziś, że jest prawdzi-

wa. Podobnie potwierdzono w pełni większość szczegółowych tez Darwina, takich

jak wspólne pochodzenie, stopniowość (gradualizm) ewolucji, oraz jego wyjaśnie-

nie teoretyczne dotyczące doboru naturalnego”. ¹ Wtóruje mu inny znany ewolucjo-

nista, Francisco Ayala:

Największym dokonaniem Darwina było pokazanie, że organizacja życia może zostać

wyjaśniona jako rezultat naturalnych procesów, doboru naturalnego, bez jakiejkol-

wiek potrzeby odwoływania się do Stwórcy lub innych zewnętrznych czynników”. ²

Jednak najbardziej chyba spektakularnie wyraził się znany oksfordzki zoolog i

apostoł ewolucjonizmu, Richard Dawkins, który w jednej ze swoich popisowych mą-

drości stwierdził:

Śmiało możesz przyjąć, że gdy spotkasz kogoś, kto nie wierzy w ewolucję, to masz do

czynienia z człowiekiem niewykształconym, tępym lub pomylonym (bądź też złośli-

wym, ale tego wolę nie brać pod uwagę). ³

1. E. Mayr, „Wpływ Darwina na myśl współczesną”, Świat Nauki wrzesień 2000, nr 9 (109), s. 63 [59-63].

Świat Nauki wrzesień 2000, nr 9 (109), s. 63 [59-63].

2. F. Ayala, „Darwin’s Revolution”, [w:] J. H. Campbell and J. W. Schopf (eds.), Creative Evolution?! ,

Jones and Bartlett, Boston 1994, s. 5.

3. R. Dawkins, „Put Your Money on Evolution”,  e New York Times 9 April 1989, section VII, s. 35.

Świat Nauki

Jednak poza kurtyną publicznych oświadczeń, wielu biologów pozwala sobie na

znacznie większą szczerość. Niektórzy nawet na brutalną szczerość. Przykładowo Gerd

Müller i Stuart Newman stwierdzili w 2003 r., że powstawanie nowych form organi-

zmów wciąż pozostaje dla biologów nierozwiązanym problemem. Co więcej, widzą

oni nieadekwatność neodarwinistycznego scenariusza zakładającego, że źródłem no-

wych biologicznych struktur pojawiających się w historii życia może być zmienność w

genach. ⁴ Podkreślają oni, że neodarwinizmowi brakuje „teorii generującej” takie nowe

struktury. ⁵

Na neodarwinistyczny scenariusz sarka także ewolucyjny genetyk Wallace Arthur,

który w 1997 r. ośmielił się stwierdzić, że „obecna ewolucyjna teoria, bazująca na do-

borze naturalnym i adaptacjach w obecnych liniach rodowych jest co najmniej nie-

kompletna”, skutkiem czego pojawia się „uczucie niezadowolenia [ dissatisfaction ], ja-

kie wielu rozwojowych biologów odczuwa w związku z neodarwinizmem”. ⁶ Z kolei

znany paleontolog James Valentine w swojej wydanej w 2004 r. książce oceniał war-

tość (lub brak takowej) różnych teorii usiłujących wyjaśnić fenomen nagłego (w skali

geologicznej) pojawienia się w kambrze nowych planów budowy ciała. Konkluduje on

jednak, że żadna obecna hipoteza nie dostarcza satysfakcjonującego wyjaśnienia po-

wstania kambryjskich typów i problem powstawania w historii życia nowych planów

budowy ciała wciąż pozostaje nierozwiązany, lub używając jego słów „leżące u [jego]

podstaw przyczyny pozostają nieokreślone”. ⁷

Nawet zatwardziałemu ewolucjoniście Kevinowi Padianowi, zanim został on kie-

rownikiem National Center for Science Education — czołowej amerykańskiej orga-

nizacji broniącej nauczania teorii ewolucji w publicznym szkolnictwie — wyrwała się

uwaga, że problem powstawania nowych struktur pozostaje nierozwiązany. „Jak za-

czynają się większe ewolucyjne zmiany?” — pytał on w 1989 r. „Chciałbym zobaczyć

nową ewolucyjną syntezę przybliżającą odpowiedź na pytanie, jak morfogeneza [pro-

cesy rozwojowe organizmu — przyp. aut. ] tworzy nowe cechy i jak robi to tak dobrze,

tak często i tak szybko”. ⁸

Cytowani autorzy nie są w swoich opiniach osamotnieni. W ciągu ostatnich kilku-

nastu lat część naukowych publikacji zaczęła kwestionować neodarwinistyczne me-

chanizmy oparte na przypadkowych mutacjach i doborze naturalnym, jako będące w

stanie wyjaśnić problem powstawania nowych biologicznych struktur, funkcji i orga-

nów. Keith  omson wyraził wątpliwości, by wieloskalowe ewolucyjne zmiany mo-

gły powstawać przez kumulowanie się niewielkich zmian na poziomie genetyki po-

pulacyjnej. ⁹ George Miklos argumentował, że neodarwinizmowi nie udało się opisać

mechanizmu, który byłby w stanie wytwarzać wieloskalowe innowacje w biologicznej

4. G. B. Müller and S. A. Newman, „Origination of organismal form: the forgotten cause in evolutionary

theory”, s. 3-12 [w:] G. B. Müller and S. A. Newman (eds.), Origination of organismal form: beyond the gene

in developmental and evolutionary biology ,  e M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts 2003.

5. Tamże, s. 7.

6. W. Arthur,  e Origin of Animal Body Plans: A Study in Evolutionary Developmental Biology , Cam-

bridge University Press, Cambridge 1997, s 3-10.

7. J. Valentine, On the Origin of the Phyl a, University of Chicago Press, Chicago 2004, s. 189-195.

8. K. Padian, „ e Whole Real Guts of Evolution?”, Paleobiology 1989, vol. 15, s. 73-78.

Paleobiology 1989, vol. 15, s. 73-78.

American Zoologist 1992,

vol. 32, s. 106-112.

Paleobiology

9. K. S.  omson, „Macroevolution:  e morphological problem”, American Zoologist 1992,

formie i złożoności. ¹⁰ Scott Gilbert ze współpracownikami usiłowali rozwinąć nową

teorię opisującą ewolucyjne mechanizmy, jako uzupełnienie do klasycznego neodar-

winizmu, który, jak argumentowali, nie jest w stanie adekwatnie wyjaśnić makroewo-

lucji. W wartym zapamiętaniu podsumowaniu stwierdzili oni:

Od początku lat 70. ubiegłego wieku wielu biologów zaczęło kwestionować jego [neo-

darwinizmu] adekwatność w wyjaśnianiu ewolucji. Genetyka może być adekwatna do

wyjaśniania mikroewolucji, ale mikroewolucyjne zmiany w częstości genów nie wyda-

ją się być w stanie zamienić gada w ssaka lub rybę w płaza. Mikroewolucja bada ada-

ptacje, które dotyczą przetrwania najlepiej przystosowanego, a nie powstania najlepiej

przystosowanego. Jak zauważył Goodwin: „Powstawanie gatunków — problem Darwi-

na — pozostaje nierozwiązany”. ¹¹

Także inni liczni biologowie kwestionują w fachowych publikacjach adekwatność

neodarwinizmu w wyjaśnianiu powstawania nowych biologicznych struktur i funk-

cji. ¹² Opinie te doskonale korespondują z przesłaniem historycznej konferencji po-

święconej makroewolucji, która odbyła się w 1980 r. na Uniwersytecie Chicagowskim.

Podsumowujący ją Roger Lewin stwierdził:

Centralnym pytaniem konferencji w Chicago było to, czy mechanizmy leżące u pod-

staw mikroewolucji można ekstrapolować tak, by wyjaśnić zjawiska makroewolucji. Ry-

zykując gwałtowną reakcję na to stanowisko niektórych uczestników tego spotkania,

można udzielić jasnej odpowiedzi: Nie. ¹³

Oczywiście, większość ze wspomnianych autorów nie odrzuca ewolucji jako ta-

kiej. Kwestionują oni natomiast neodarwinistyczne mechanizmy, które — wbrew po-

wszechnym zapewnieniom — wydają się być niezdolne do wyjaśnienia problemu po-

Developmental Biology

Briana Goodwina znajduje się w: B. C. Goodwin, How the leopard changed its spots: the evolution of

complexity, Scribner’s, New York 1995.

12. G. Webster and B. Goodwin, Form and transformation: generative and relational principles in biology ,

Cambridge University Press, Cambridge 1996; N. H. Shubin, and C. R. Marshall, „Fossils, genes, and the

origin of novelty”, [w:] Deep time.  e Paleontological Society 2000, s. 324-340; D. H. Erwin, „Macroevolution

Deep time.  e Paleontological Society

is more than repeated rounds of microevolution”, Evolution and Development 2000, vol. 2, s. 78-84; S.

Evolution and Development

Conway Morris, „Evolution: bringing molecules into the fold”, Cell 2000, vol. 100, s. 1-11; S. Conway

Cell

Morris, „ e Cambrian »explosion« of metazoans”, [w:] Müller and Newman (eds.), Origination of

organismal form… , s. 13-32; R. L. Carroll, „Towards a new evolutionary synthesis”, Trends in Ecology and

Evolution 2000, vol. 15, s. 27-32; G. P. Wagner, „What is the promise of developmental evolution?” Part II:

„A causal explanation of evolutionary innovations may be impossible”, Journal of Experimental Zoology

( Mol. Dev. Evol. ) 2001, vol. 291, s. 305-309; H. Becker and W. E. Lönnig, „Transposons: eukaryotic”, [w:]

Nature encyclopedia of life sciences , vol. 18, Nature Publishing Group, London 2001, s. 529-539; B. M. R.

Stadler, P. F. Stadler, G. P. Wagner, and W. Fontana, „ e topology of the possible: formal spaces underlying

patterns of evolutionary change”, Journal of  eoretical Biology 2001, vol. 213, s. 241-274; W. E. Lönnig and

Journal of  eoretical Biology

H. Saedler, „Chromosome rearrangements and transposable elements”, Annual Review of Genetics 2002,

vol. 36, s. 389-410; G. P. Wagner and P. F. Stadler, „Quasi-independence, homology and the Unity-C of

type: a topological theory of characters”, Journal of  eoretical Biology 2003, vol. 220, s. 505-527.

Journal of  eoretical Biology

13. R. Lewin, „Evolutionary  eory under Fire”, Science 21 November 1980, vol. 210, s. 883 [883-887].

Lewin cytuje także opinię Francisco Ayali: „Małe zmiany nie kumulują się” (Tamże, s. 884).

10. G. L. Miklos, „Emergence of organizational complexities during metazoan evolution: perspectives

from molecular biology, palaeontology and neo-Darwinism”, Mem. Ass. Australas. Palaeontols. 1993,

vol. 15, s. 29, [7-41].

11. S. F. Gilbert, J. M. Opitz, and R. A. Raf , „Resynthesizing evolutionary and developmental biolo-

gy”, Developmental Biology 1996, vol. 173, s. 361 [357-372], podkreślenia dodane. Przywoływana opinia

Journal of  eoretical Biology 2003, vol. 220, s. 505-527.

wstawania nowych funkcji, struktur i organów. Skąd taka fala sceptycyzmu wśród wie-

lu biologów? Wymusił ją rozwój nauki i lawina odkryć z dziedziny genetyki, biochemii

i biologii rozwoju. Odkrywanie kolejnych tajemnic na tych polach sprawiło, że pro-

blem naturalistycznego powstawania ewolucyjnych nowości staje się coraz bardziej

zagadkowy. Łatwiej to zrozumieć, rozważając szczególnie uderzający przykład powsta-

wania nowych form organizmów — kambryjską eksplozję życia . Przyjrzenie się temu,

czym była ta eksplozja, pozwoli dostrzec zasadność opinii wyrażonej np. przez Mülle-

ra i Newmana o tym, że dobór naturalny i genetyczne mutacje nie są w stanie dostar-

czyć właściwego wyjaśnienia nagłego wyłonienia się wyższych taksonów.

W artykule tym dane paleontologiczne zostały zintegrowane z koncepcjami teorii

informacji, genetyki i biologii rozwoju, co da znacznie pełniejszą odpowiedź na pyta-

nie, dlaczego neodarwinizm staje się obiektem coraz ostrzejszej naukowej krytyki.

II. Eksplozja kambryjska

Kambryjska eksplozja życia to nagłe (w skali geologicznej) pojawienie się w zapisie paleon-

tologicznym szerokiego spektrum typów — podstawowych planów budowy ciała wielo-

komórkowców (tkankowców — Metazoa ). Typy ( phyla ) to najwyższe taksonomiczne ka-

tegorie w królestwie zwierząt. Każdy typ posiada unikalną architekturę budowy — struk-

turalny plan budowy ciała (baupläne). Znane przykłady takich podstawowych planów cia-

ła, pojawiających się w czasie kambryjskiej eksplozji to: parzydełkowce (np. korale i me-

duzy), mięczaki (np. kałamarnice i małże), stawonogi (np. skorupiaki, owady, trylobity),

szkarłupnie (np. rozgwiazdy i jeżowce) i strunowce, typ obejmujący wszystkie kręgowce, w

tym także człowieka. W warstwach kambryjskich pojawia się także wiele podtypów ( sub-

phyla ), każdy ze znaczącymi morfologicznymi innowacjami. Trzeba wyraźnie podkreślić

różnicę pomiędzy nagłym pojawieniem się nowych planów budowy ciała (brak morfolo-

gicznego precedensu, brak „zapowiedzi” w poprzednim okresie geologicznym, brak form

przejściowych wiodących do tych nowych planów), a równoczesnym pojawieniu się wielu

nowych bezprecedensowych form, morfologicznie często bardzo od siebie odległych. Eks-

plozja kambryjska charakteryzowała się obu tymi cechami. Rozwijając powyższe stwier-

dzenie można wyróżnić cztery unikatowe cechy kambryjskiej eksplozji:

A. Geologicznie nagłe pojawienie się nowych planów budowy ciała przy braku prekurso-

rów i form przejściowych do nich wiodących;

B. Szerokie spektrum nowych planów budowy ciała pojawiających się w kambrze;

C. Trwała i wyraźna morfologiczna izolacja pomiędzy poszczególnymi typami;

D. „Kambryjska eksplozja informacji” — skokowy wzrost specyi cznej biologicznej infor-

macji.

Poniżej podstawowa charakterystyka tych czterech punktów.

A. Geologicznie nagłe pojawienie się nowych planów budowy ciała

przy braku prekursorów i form przejściowych do nich wiodących

Po pierwsze, jak wskazuje sama nazwa, skamieniałości kambryjskie pojawiają się nagle

i w pełni ukształtowane w geologicznie bardzo krótkim czasie. Do 1992 r. paleontolo-

dzy sądzili, że okres kambryjski zaczynał się około 570 milionów lat temu, a kończył

około 510 mln lat temu, natomiast eksplozja kambryjska trwała w okresie 20-40 mln

lat w pobliżu dolnego kambru. W 1993 r. radiometryczne analizy syberyjskich forma-

cji pozwoliły znacznie precyzyjniej wyznaczyć wiek warstw kambryjskich. Ekspertyzy

te ujawniły, że okres kambryjski zaczynał się około 543 mln lat temu, a kończył około

530 mln lat temu. Studia te pokazały także, że kambryjska eksplozja życia była znacz-

nie gwałtowniejsza niż dotychczas sądzono i zamiast wcześniejszych 20-40 mln lat

trwała tylko 5 mln lat. ¹⁴ Wrażenie eksplozywności kambryjskiego wybuchu zwiększy-

ło się więc przynajmniej czterokrotnie.

Geologicznie rzecz ujmując eksplozja kambryjska to 0,11 procenta historii Ziemi.

Porównując zaś ten fenomen z historią życia na Ziemi (około 3,5 miliarda lat), jest to

jakby jedna minuta w 24-godzinnej dobie. I z tego właśnie okna czasu, z owej „minu-

ty” pochodzi większość różnorodnych typów ( phyla ) zwierząt. Nic dziwnego, że w

naukowej i popularnonaukowej literaturze zaczęto charakteryzować eksplozję kam-

bryjską jako „Ewolucyjny Big Bang” ( Science ), „Big Bang ewolucji zwierząt” ( Scientii c

American ), czy „Biologiczny Big Bang” ( Science News ). ¹⁵

RYSUNEK 1. Niektóre z typów ( phyla ) pojawiające się w eksplozji kambryjskiej. Od lewej:

ramienionogi ( Brachiopoda ), Eldoniaoida (rodzaj jamochłonów), pierścienice ( Annelida ), że-

bropławy ( Ctenophora ), hyolity ( Hyolitha ), strunowce ( Chordata ), stawonogi ( Arthropoda ).

Prof. Jerzy Dzik z Zakładu Paleontologii Polskiej Akademii Nauk zauważa: „Kon-

trast w sposobach zachowania skamieniałości po obu stronach granicy er [prekambru

i kambru], sprawia wrażenie faunistycznego trzęsienia ziemi […]”. ¹⁶

Stwierdzenie, że kambryjska fauna pojawia się w geologicznym zapisie nagle, impli-

kuje, że nie ma form pośrednich łączących złożone organizmy kambryjskie z prostszy-

mi, znajdowanym w niższych (starszych) warstwach. We wszystkich przypadkach pla-

14. S. A. Bowring, J. P. Grotzinger, C. E. Isachsen, A. H. Knoll, S. M. Pelechaty, and P. Kolosov,

„Calibrating Rates of Early Cambrian Evolution”, Science 1993, vol. 261, s. 1293-98.

15. R. A. Kerr, „Evolution’s Big Bang Gets Even More Explosive”, Science 3 September 1993, vol. 261,

s. 1274-75; J. Levinton, „ e Big Bang of Animal Evolution”, Scientii c American November 1992, s. 84-91; R.

Monastersky, „Siberian Rocks Clock Biological Big Bang”, Science News 4 September 1993, vol. 144, s. 148.

Science News 4 September 1993, vol. 144, s. 148.

Science News

16. J. Dzik, „Skamieniałości najstarszych zwierząt”, Świat Nauki luty 2003, nr 2 (138), s. 68 [66-75];

ramka „Przegląd — miękkie skamieniałości”.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: