ewolucja ewoluuje

WIADOMOÂCI I OPINIE

NAUKA

SYLWETKA

TECHNIKA

POD LUPÑ

Ewolucja ewoluuje

Z nowych badaƒ wynika,

˝e powstawanie mutacji jest bardziej

skomplikowane, ni˝ si´ dotàd wydawa∏o Dziewi´ç lat temu John Cairns ijego koledzy z Harvard School of Public Health

opublikowali we wp∏ywowym czasopi-

Êmie Nature wyniki swych sensacyjnych doÊwiadczeƒ. Sugerowa∏y one, ˝e „komórki dysponujà mechanizmami umo˝liwiajàcymi im wybór

majàcych zajÊç mutacji”. W ten sposób komórki uzyskiwa∏yby cechy szczególnie korzystne w wa-runkach stresowych. Tak radykalna hipoteza narusza∏a uÊwićonà zasad´ genetyki stwier-SPL/Photo Research, Inc.

dzajàcà, ˝e mutacje zachodzà z czśtoÊcià niezale˝nà od swych skutków. Sugestie Cairnsa wy-wo∏a∏y wić ducha Jeana-Baptiste’a Lamarcka GOPAL MURTI

g∏oszàcego w XIX wieku, ˝e gatunki ewoluujà

BEZPÇIOWE POPULACJE BAKTERII E. COLI wydajà siźwi´kszaç

przez dziedziczenie cech nabytych, czyli tych,

czśtoÊç „dobroczynnych” mutacji zale˝nie od Êrodowiska.

które jednostki uzyskujà, reagujàc na zagro˝enia Êrodowiskowe.

Cairns postulowa∏, ˝e komórki bakterii majà tajemnà wie-cje szkodliwe. Proponowano ró˝ne teorie na wyt∏umaczenie te-dzó tym, które mutacje mogà przynieÊç im korzyÊç. Kiedy go zjawiska, lecz ˝adna nie zyska∏a powszechnego uznania.

wić naukowcy je g∏odzà, bakterie przechylajà szal´ wagi Jednak ostatnie badania zdajà si´ dostarczaç wa˝nego dowo-i mutacje korzystne wyst´pujà cz´Êciej ni˝ w wyniku zdarzeƒ

du, ˝e takie odchylenie w wynikach mo˝e powodowaç losowych.

zjawisko zwane hipermutacjà. Koncepcja mutacji ukierun-Idea mutacji ukierunkowanych wywo∏a∏a dyskusj´. Po pra-kowanych staje si´ wobec tego zb´dna. Jednak równie˝ same wie dziesićiu latach trwa ona nadal. Badacze na ca∏ym Êwie-hipermutacje otwierajà perspektywńa wiele intrygujàcych cie pogrà˝yli si´ w skomplikowanych eksperymentach, by mo˝liwoÊci.

sprawdziç, czy widoczny nadmiar korzystnych mutacji móg∏-

Hipermutacje jako wyjaÊnienie wyników Cairnsa pierw-by mieç inne, mniej szokujàce wyjaÊnienie. Obecnie zacz´∏y siśzy zaproponowa∏ w 1990 roku Barry G. Hall z University of pojawiaç odkrycia o potencjalnie dalekosi´˝nym znaczeniu.

Rochester. Przypuszcza∏ on, ˝e podczas g∏odzenia pewne ko-Wi´kszoÊç biologów uwa˝a, a przyznaje to równie˝ Cairns, mórki bakterii osiàgajà niezwyk∏y stan fizjologiczny, podczas

˝e pozorny nadmiar dobroczynnych ukierunkowanych muta-którego podlegajà wielokrotnym mutacjom. Te komórki, cji zaobserwowany w wielu badaniach mo˝e wynikaç z tego, w których DNA zasz∏y przypadkowe korzystne dla prze-

˝e sà one ∏atwiej zauwa˝alne, a zatem i policzalne, ni˝ muta-trwania zmiany, prze˝yjà i zostanà policzone, a inne zginà 8 ÂWIAT NAUKI Listopad 1997

bez Êladu. Dlatego naukowcy zaobserwujà wićej mutacji ko-nizmów patogennych ma pewne zbiory genów niezwykle rzystnych ni˝ szkodliwych lub oboj´tnych.

podatnych na mutacje. Zachodzàce w nich mutacje czśto Przez kilka lat trudno by∏o potwierdziç lub odrzuciç to wy-zmieniajà kombinacje aktywnych form tych genów. Ponie-t∏umaczenie. Ostatnio Patricia L. Foster z Boston University, wa˝ geny te majà wp∏yw na interakcje patogenu z gospoda-a niezale˝nie od niej Susan Rosenberg z University of Alber-rzem, hipermutacje w obr´bie takiego wyspecjalizowanego ta przeprowadzi∏y doÊwiadczenia, które uwiarygodni∏y tźespo∏u umo˝liwiajà tym drobnoustrojom zmylenie obrony koncepcj´. Podobnie jak Cairns u˝y∏y bakterii niezdolnych immunologicznej gospodarza.

do wykorzystania cukru mlecznego – laktozy. Kiedy Foster Moxon i Thaler przypuszczajà, ˝e odmienne zespo∏y nad-i Rosenberg pozbawi∏y bakterie wszystkich cukrów z wyjàt-wra˝liwych genów pozwolà wyjaÊniç zachodzenie innych kiem laktozy, zaobserwowa∏y nadmiar mutacji nie tylko reakcji adaptacyjnych. Je˝eli na przyk∏ad czśtoÊç mutacji w tym genie, który dzi´ki nim przywraca∏ bakteriom zdol-bakterii zale˝y od stanu fizjologicznego, jak to obserwowa∏y noÊç wykorzystania laktozy, lecz tak˝e w innych. Bryn A.

Rosenberg i Foster, to w∏aÊnie podczas g∏odzenia komórek Bridges z University of Sussex skomentowa∏ te wyniki w Na-w tych zespo∏ach genowych wystàpi zjawisko imitujàce ukie-ture z 5 czerwca br. piszàc, ˝e „zarówno jedne, jak i drugie runkowanà mutagenez´. Mutacje b´dà wcià˝ przypadkowe, badania dowodzà, i˝ hipermutacje w wa-runkach selekcji laktozowej nie majà cha-

rakteru wybiórczego”. Zdaniem Halla wy-

niki te Êwiadczà, ˝e hipermutacje zachodzà tylko w komórkach, które sà pod wp∏ywem

fizjologicznego stresu, byç mo˝e dlatego,

˝e wtedy DNA ∏atwiej ulega p´knićiom.

Bridges powstrzymuje siód rozstrzy-

gnićia, czy zdolnoÊç bakterii do hipermu-

tacji wyewoluowa∏a jako mechanizm ada-

ptacyjny pozwalajàcy pokonaç stres g∏odo-

wy, czy te˝ efekt ten jest mechanicznà reakcjà na g∏odzenie. Jednak wyniki badaƒ

og∏oszone w Nature tydzieƒ potem sugerujà (przynajmniej wed∏ug niektórych), ˝e hi-SABA

permutacje istotnie rozwin´∏y si´ w wyni-

ku procesu przystosowawczego.

Te najnowsze badania pokazujà, ˝e w na-

NAJLAH FEANNY

turalnych populacjach bakterii rozpo-

ECHA LAMARCKA? Normalne bakterie zgin´∏y na pod∏o˝u

wszechniajà si´ „geny mutatorowe”, powo-

zawierajàcym antybiotyk (lewa szalka Petriego) , natomiast ich potomkowie

dujàce zwi´kszenie czśtoÊci powstawania

z defektywnym genem, niezdolne do naprawy mutacji, prze˝ywajà (prawa) .

mutacji, co pozwala bakteriom szybciej

ewoluowaç. Paradoksalnie efekt ten wyst´-

puje, mimo ˝e mutacje wywo∏ywane przez te geny sà na ogó∏

lecz najkorzystniejsze utrwalà sińa tyle, by uwzgl´dniono je szkodliwe. To, co pozornie niemo˝liwe, zachodzi, poniewa˝

w obliczeniach. Wobec tego pozornie „ukierunkowana” mu-geny mutatory zdarzajà sićzasami u osobników, którzy ma-tageneza zachodzi∏aby, „nie wymagajàc nowych mechani-jà geny nadajàce im korzystne cechy. W populacji bezp∏ciowej zmów molekularnych”.

gen mutatorowy mo˝e rozprzestrzeniaç si´ wraz z genem Obaj badacze sugerujà te˝, ˝e skoro czynniki fizjologiczne dobroczynnym, co nazywa si´ „∏apaniem okazji”.

wywierajà wp∏yw na ∏atwiej mutowane geny, to byç mo˝e Fran•ois Taddei z Centre Nationale de la Recherche Scien-zwi´ksza siĺub zmniejsza równie˝ czśtoÊç ich mutacji pod tifique w Pary˝u wraz z angielsko-francuskim zespo∏em wy-wp∏ywem poszczególnych genów mutatorowych. Tempo kaza∏ w teoretycznym studium, ˝e w zmiennym Êrodowisku mutacji podlega∏oby wić równie˝ bardziej finezyjnej kon-ewolucja przyspieszona dzi´ki genom mutatorowym rekom-troli. „Mechanizmy wytwarzania nowych odmian same pensuje szkody, które dotykajà poszczególnych osobników.

podlegajà ewolucji” – mówi Thaler.

Natomiast Paul D. Sniegowski i jego koledzy z University of Byç mo˝e trzeba b´dzie poczekaç z dziesi´ç lat, by dowie-Pennsylvania udowodnili, ˝e mutatory rozpowszechniajà si´

dzieç si´, czy ewolucja prowadzi tak skomplikowanà grź cz´-

równie˝ w rzeczywistych populacjach. W trzech z 12 bakteryj-stoÊcià mutacji. Ale ju˝ teraz pewna nie publikowana praca do-nych kolonii ewoluujàcych w nowym Êrodowisku geny muta-starcza dowodów, ˝e geny mutatorowe uczestniczà w symulo-torowe zaw∏adn´∏y populacjà i znalaz∏y si´ w ka˝dej komórce.

waniu zjawiska mutacji ukierunkowanych przez hipermuta-Naukowcy znaleêli dowody, ˝e mutatory sà szczególnie cje. Hall zidentyfikowa∏ ostatnio pi´ç genów, które sprawiajà, ˝e rozpowszechnione w komórkach nowotworowych i u orga-nadmiar korzystnych mutacji pojawia si´ w innych regionach nizmów chorobotwórczych. Sniegowski sugeruje, ˝e umo˝li-bakteryjnego DNA. Uwa˝a on, ˝e geny te w jakiÊ sposób stymu-wiajàc szybszà ewolucj´, pomagajà szkodliwym komórkom lujà proces zachodzenia hipermutacji, wywo∏ujàc z∏udzenie ob-wymknàç siśpod kontroli mechanizmów immunologicz-fitoÊci mutacji korzystnych. „W g∏´bi duszy czuj´, ˝e to wynik nych gospodarza, na którym paso˝ytujà. I choç podkreÊla, ˝e ewolucji” – wyznaje. A zatem by∏by to koniec hipotezy ukie-jego wyniki nie odnoszà si´ bezpoÊrednio do mutacji ukierunkowanych mutacji, zak∏adajàcej tajemniczà zdolnoÊç komó-

runkowanych, wyniki najnowszych badaƒ sk∏aniajà niektó-

rek do przewidywania. Jednak rzeczywiste mechanizmy, któ-

rych biologów do przypuszczeƒ, ˝e mutacje mogà odgrywaç re wywo∏a∏y widmo ukierunkowanych mutacji, mogà jeszcze bardziej skomplikowanà rol´ w ewolucji, ni˝ dotàd myÊleli.

wstrzàsnàç biologià. „W teorii ewolucji – podsumowuje Tha-E. Richard Moxon z John Radcliffe Hospital w Oksfordzie ler – k∏ad∏o si´ wi´kszy nacisk na si∏´ doboru ni˝ na mechani-w Anglii i David S. Thaler z Rockefeller University, autorzy zmy tworzenia ró˝norodnoÊci; mo˝e si´ to zmieni.”

komentarza w Nature z 12 czerwca, stwierdzajà, ˝e wiele orga-Tim Beardsley

ÂWIAT NAUKI Listopad 1997 9