Wiedza o systematyce świata zwierząt, czyli o pochodzeniu poszczególnych gatunków i pokrewieństwach między nimi, dynamicznie się teraz zmienia z powodu badań paleontologicznych i genetycznych. Dzięki tym ostatnim wiemy, że wszystkie strunowce (a więc szeroki zakres gatunków od prosto zbudowanych osłonic przez kręgouste minogi, ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki aż po ludzi) dzielą te same geny odpowiedzialne za rozwój embrionu. To znaczy, że na bardzo wczesnym etapie rozwoju embrion człowieka bardzo trudno jest odróżnić od na przykład myszy czy krokodyla. O ewolucji strunowców opowiada w tym odcinku dr Piotr Bernatowicz z Zakładu Fizjologii Zwierząt na Wydziale Biologii UW.

Każdy strunowiec zbudowany jest w pewnym sensie tak samo. Wszyscy mamy scentralizowany układ nerwowy, drożne jelita i dwuboczną symetrię ciała. W rozwoju zwierząt nastąpiło kilka ważnych kamieni milowych. Najważniejsze to wykształcenie wspomnianego układu nerwowego oraz możliwości poruszania się. Kolejnym ważnym krokiem było wykształcenie drożnego układu trawiennego oraz trzeciej warstwy komórek. Pierwotne zwierzęta składają się bowiem z dwóch warstw: zewnętrznej ektodermy i wewnętrznej endodermy. U ludzi z ektodermy zrobiony jest z niej naskórek i układ nerwowy, a z endodermy nabłonek jelita i układ oddechowy. Cała reszta naszych organów wykształciła się z trzeciej warstwy komórek, czyli mezodermy. Dalej pojawiły się struktury chroniące delikatny układ nerwowy (czaszka i kręgi) oraz parzyste kończyny.

Jak do tego doszło, że pewne zwierzęta (konkretnie ryby mięśniopłetwe) wyszły na ląd i dalej ewoluowały już tam? Wydaje się, że to z powodu trudnych warunków życia w płytkich, tropikalnych wodach, gdzie często brakowało tlenu. Ryby wykształciły więc płuca, potrzebne do czerpania tlenu z powietrza. Płuca i umięśnione, parzyste płetwy umożliwiły ekspansję na ląd. Niektóre gatunki wróciły potem z powrotem do wody: pęcherz pławny u ryb to ewolucyjna pozostałość po… płucach właśnie. A wychodzenie na ląd wciąż się dzieje na naszych oczach: do życia coraz bardziej na lądzie dostosowują się na przykład różne gatunki krabów czy poskoczki mułowe, ryby zdolne przemieszczać się po lądzie między zbiornikami wodnymi.

Zdawałoby się intuicyjne, że ewolucja przebiega zawsze liniowo, od prostych organizmów do złożonych: ryba, płaz, gad, ptak, ssak. Niekoniecznie. – Ewolucja biegnie tak, by organizm był jak najlepiej przystosowany do konkretnych warunków środowiskowych – wyjaśnia mój gość. Gigantyczną zmianę w postrzeganiu zoologii przyniosły badania nad tasiemcami. Podobnie jak inne pasożyty, zwierzęta te wyewoluowały w kierunku od bardziej złożonego organizmu do prostszego.
W odcinku usłyszycie też, co to znaczy, że strunowce są wtórouste (możecie być zniesmaczeni), dlaczego układ trawienny dżdżownicy krzyżuje się znienacka z jej układem nerwowym, skąd wzięły się szczęki (z łuków skrzelowych!) i dlaczego ulubionym zwierzęciem dra Bernatowicza jest rozwielitka. Chwalimy też Wikipedię!

TRANSKRYPCJA

Piotr Bernatowicz: Gdybyśmy popatrzyli sobie na karpia na talerzu w Wigilię, to on ma w większości te same elementy, które mamy my, tylko po prostu inaczej poukładane. Niektóre są mniejsze, niektóre większe, pełnią troszeczkę inne funkcje, ale to jest w zasadzie to samo.

 

Karolina Głowacka: Może gdy popatrzymy w lustro, to na pierwszy rzut oka tego podobieństwa nie widzimy, ale przecież – symetria dwuboczna jest? Jest. Otwór gębowy, jelito, otwór odbytowy, oko, ucho? Są. Kiedyś ewolucja te wszystkie rozwiązania wynaleźć musiała. Zadziałały i teraz widać je u wielu zwierząt. W tym odcinku posłuchacie o nowoczesnej zoologii badającej historię życia, zaskakujące relacje pokrewieństwa, o tym, że jako strunowce żyjemy do góry nogami, o tym, że ewolucja wcale niekoniecznie biegnie ku formom bardziej złożonym i wreszcie o tym, jaka była jej ścieżka prowadząca do człowieka. Nazywam się Karolina Głowacka, to jest Radio Naukowe – podcast o tym, co wiemy i skąd to wiemy. Jeśli słuchasz nas regularnie, rozważ dołączenie do grona patronek i patronów – patronite.pl/radionaukowe. Dla wszystkich, którzy już to zrobili, wielkie dzięki. Odcinek numer dwieście dwanaście. Zaczynamy.

***

K.G.: Doktor Piotr Bernatowicz odwiedził studio Radia Naukowego. Dzień dobry.

 

P.B.: Dzień dobry.

 

K.G.: Z Zakładu Fizjologii Zwierząt, Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. A będziemy mówić o nowoczesnej zoologii czerpiącej z osiągnięć genetyki, o ewolucyjnej biologii rozwoju zwanej po angielsku evolutionary development, a slangowo evo-devo. O tym, jak układać drzewo opisujące relacje między organizmami, kto jest z kim spokrewniony, jakie rewolucyjne w ostatnich dekadach osiągnięcia osiągnęli naukowcy. Panie doktorze, kiedy się tak patrzy na embrion na bardzo wczesnym etapie, np. człowieka i słonia, to trudno je rozróżnić.

 

P.B.: Tak, na bardzo wczesnym etapie rzeczywiście budowa embrionu… Zresztą nie tylko człowieka i słonia – ten embrion jest bardzo, bardzo podobny nawet nie u ssaków, ale u ptaków, gadów, ryb, czyli większości kręgowców. Wykształca się w podobny sposób, w podobny sposób migrują tam komórki, układają się odpowiednie warstwy, tworzy się np. układ nerwowy w bardzo podobny sposób. I dopiero podczas kolejnych etapów zaczynają się wyróżniać te cechy, które widzimy później jako cechy charakterystyczne dla większej grupy, np. gromady ptaków, ssaków czy jeszcze później dla konkretnego gatunku.

 

K.G.: I ta obserwacja była w biologii wielką zagadką.

 

P.B.: Z jednej strony zagadką, a z drugiej ułatwiła nam trochę zrozumienie przebiegu procesu ewolucji, ponieważ patrząc wstecz rozwoju zarodkowego, czyli obserwując te wszystkie zmiany, jakie zachodzą w trakcie tego rozwoju, możemy niejako spróbować prześledzić samą ewolucję. Bo widzimy, że zarodek na samym początku wygląda trochę jak mała ryba. Oczywiście zarodek ryby dalej zmienia się w takim kierunku, by pływać w wodzie, czyli wyrastają płetwy, odpowiednie mięśnie, wykształca się układ nerwowy, natomiast cechy rybie u zwierząt lądowych zaczynają zanikać. Pojawiają się kończyny i inne elementy. Jak popatrzymy u ssaków, a szczególnie u człowieka, to zanika np. ogon w trakcie rozwoju zarodkowego. 

 

K.G.: Chyba że nieszczęśliwie upadniemy, to wtedy wyraźnie czujemy, że tam jest jakiś szczątek, kość ogonowa. Jak zaboli, to zaboli.

 

P.B.: Tak. Czasami nawet zdarzają się takie sytuacje, że ktoś się rodzi ze szczątkowym ogonem. To jest taka nasza pamiątka po przodkach. Zresztą nawet jak popatrzymy sobie na cechy charakterystyczne u strunowców, do których należą kręgowce, czyli my, to jest pięć takich charakterystycznych cech. Jest oczywiście układ nerwowy znajdujący się po grzbietowej stronie ciała. Wszystkie kręgowce, strunowce mają taką cechę. Mamy tam również coś, co nazywamy szczelinami w gardzieli – takie przerwy, które łączą układ pokarmowy, oddechowy, czyli właśnie gardziel ze środowiskiem zewnętrznym. Jak sobie popatrzymy np. na rybę, to widzimy te szczeliny. Mamy obecność ogona, to też jest cecha strunowców. Mamy również tajemniczy narząd, który się nazywa endostyl. U człowieka nazywa się on tarczycą. Endostyl pierwotnie służył do tego, by produkować śluz. Strunowce najprawdopodobniej filtrowały wodę i tym śluzem sklejały cząstki planktonu, cząstki pokarmowe. Zawiera on w sobie jod – co widzimy np. u dzisiejszych osłonic czy znanego lancetnika. Niejako dzięki temu hormony, które wytwarza tarczyca, dalej ten jod zawierają. Chociaż jest to zupełnie bez sensu z biologicznego punktu widzenia, ponieważ musimy zdobywać ten jod ze środowiska, często jest go zbyt mało, możemy mieć jego niedobory. Hormony, które są produkowane przez tarczycę, muszą zawierać jod, by pasowały do odpowiednich receptorów. Ale tak naprawdę te hormony mogłyby wyglądać zupełnie inaczej – i receptory również. Czyli jest to taka pamiątka po przodkach, po tych pierwotnych filtrujących strunowcach.

 

K.G.: W biologii nie jest tak, że każde rozwiązanie jest idealne i projektowane od zera, tylko a to adaptowane, a to odziedziczone, a to coś zostało. To jest bardzo ciekawe, ale jak rozmawiamy o tej kwestii rozwoju embrionalnego, to czytałam, że nawet była taka koncepcja, że my wręcz w tym czasie embrionalnym przechodzimy przez tę fazę. Czyli najpierw jesteśmy rybą, potem jesteśmy – jak to się kiedyś mówiło – wyższym gatunkiem, gadem, powiedzmy. I potem dopiero jesteśmy ssakami. To nie tak wygląda. To jednak trochę naiwna wizja dawnych naukowców.

 

P.B.: Trochę naiwna, ale dzięki temu, że kolejne narządy w trakcie rozwoju embrionalnego się rozwijają, a inne zanikają, np. z tych szczelin w gardzieli wykształcają się elementy ucha środkowego. Więc to nie jest tak, że stajemy się coraz bardziej innymi zwierzętami w trakcie rozwoju zarodkowego, tylko wykorzystujemy te elementy, które były wcześniej, i one odpowiednio się przystosowują, przekształcają do tego, abyśmy funkcjonowali np. w środowisku lądowym. Czyli to nie jest tak, że jesteśmy przez jakiś czas żabą, potem jakimś gadem, jaszczurką i dopiero stajemy się człowiekiem, tylko te struktury, które są takie rybie… Bo każdy ma taką wewnętrzną rybę – gdybyśmy popatrzyli sobie na karpia na talerzu w Wigilię, to on ma w większości te same elementy, które mamy my, tylko po prostu inaczej poukładane. Niektóre są mniejsze, niektóre większe, pełnią troszeczkę inne funkcje, ale to jest w zasadzie to samo. 

 

K.G.: Słychać, że pan się trochę uśmiecha, ale to dlatego, że ja się cicho śmieję dlatego, że jak pan powiedział o tym, że mamy w sobie tę wewnętrzną rybę, to przypomnieli mi się ci wszyscy coache, którzy mówią: obudź w sobie wewnętrznego lwa, tygrysa itd. A może to jest czasami dobra strategia – płyń z prądem, bądź spokojny, nie stresuj się. [śmiech] Dobrze, żarty na bok. Czyli widać te pewne podobieństwa, pewne charakterystyczne, fundamentalne rzeczy, jeśli chodzi np. o symetryczną budowę ciała czy opartą o tę strunę grzbietową. To mówi nam, że gdzieś kiedyś było co? Wspólny przodek. Tak? Musi tak być czy nie? Bo nie zawsze jest tak, że jak dane zwierzę wygląda podobnie, to znaczy, że miało wspólnego przodka, tylko mogło się coś wykształcić niezależnie.

 

P.B.: Tak. Na pewno wszystkie zwierzęta musiały kiedyś w przeszłości mieć wspólnego przodka. Jednego, który przeżył i potem się bardzo zróżnicował. Tylko działo się to na tyle dawno i ten wspólny przodek był tak delikatny, jeżeli chodzi o budowę, że jeżeli popatrzymy na znaleziska paleontologiczne, to mamy wielki problem. Nie wiemy, jak on wyglądał. Możemy tylko próbować zgadywać, analizując morfologię, anatomię i próbować w jakiś sposób iść wstecz, podobnie jak z tymi embrionami. Jeżeli chodzi o rozwój zarodkowy, to nie możemy dojść tak daleko, aż do tego zupełnie wspólnego przodka, ale są jakieś próby odgadnięcia, jak to pierwotne zwierzę wyglądało. Pojawia się nawet takie pytanie, co to w ogóle jest zwierzę. Z jednej strony jest to pytanie banalne, bo w jakimś podręczniku do szkoły podstawowej możemy przeczytać, że jest to wielokomórkowy organizm, który jest cudzożywny i zdolny do ruchu. Ale jak sobie tak popatrzymy, to jednak sporo zwierząt nie jest zdolnych do ruchu, np. gąbki, koralowce czy niektóre skorupiaki, jak pąkle. One sobie całe życie siedzą w jednym miejscu.

 

K.G.: Nie wyglądają na zwierzę na pierwszy rzut oka.

 

P.B.: Nie. Z drugiej strony wiele organizmów eukariotycznych, czyli mających w swojej strukturze jądro komórkowe, jest zdolnych do ruchu. Pływają jakieś pantofelki, inne orzęski, ameby się przemieszczają. Ale to nie są zwierzęta. 

 

K.G.: Są przecież rośliny polujące.

 

P.B.: Dokładnie. Czyli ten ruch jest także u innych organizmów. Jeżeli chodzi o cudzożywność, to oczywiście cała gama innych organizmów jest cudzożywna, nawet niektóre rośliny nie mają chlorofilu i muszą albo pasożytować, albo w inny sposób pozyskiwać te substancje pokarmowe. Z kolei nawet same zwierzęta mogą wchodzić w symbiozę z glonami, np. koralowce, niektóre meduzy, a nawet niektóre ślimaki. I one nie potrzebują polować na inne organizmy czy zjadać rośliny. Po prostu mają w środku symbiotyczne organizmy, którym dostarczają wszystkiego, czego potrzebują. No i żeby powiedzieć, czym jest zwierzę, trzeba troszeczkę bliżej popatrzeć na strukturę komórek, fizjologię tych organizmów. Przez wiele lat uważano, że zwierzęta to są te organizmy, które gromadzą w ciele – my to robimy np. w wątrobie czy w mięśniach – glikogen, czyli substancję trochę podobną do skrobi, bo np. rośliny gromadzą skrobię na czarną godzinę, kiedy są głodne. Kiedy my głodujemy, to wykorzystujemy glikogen, który jest w wątrobie, rozkładamy go na glukozę i ta glukoza jest wykorzystywana do funkcjonowania organizmu. Uważano również, że zwierzęta to są takie organizmy, które mają plemniki z tylko jedną witką, która pcha komórkę do przodu. Bo plemniki wielu jednokomórkowych organizmów, roślin mają często wiele witek, a nawet jak mają jedną, to ona ciągnie, nie pcha. No ale okazało się, że te cechy również pasują do wielu grzybów. Zresztą grzyby ze zwierzętami są stosunkowo „blisko” spokrewnione.

 

K.G.: Tutaj muszę wejść w słowo dlatego, że wielokrotnie słyszałam, jak w grze w państwa-miasta są ludzie, którzy próbują wpisać pieczarkę w kategorię „rośliny”. Proszę tego nie robić. Jak koniecznie musicie, to już bardziej w zwierzęta. [śmiech]

 

P.B.: Dokładnie. [śmiech] Tak naprawdę jak sobie popatrzymy na strukturę organizmu zwierzęcego, to jest jedna cecha, która na sto procent odróżni nam zwierzę od każdego innego organizmu. Mianowicie jest to obecność kolagenu. Tylko zwierzęta produkują białko wewnątrz komórek, ale wydzielają na zewnątrz komórek do tzw. macierzy zewnątrzkomórkowej. Ten kolagen jest wydzielany w postaci pojedynczych białek. Łączy się on w długie łańcuchy i tworzy tzw. macierz pozakomórkową, która szczególnie u człowieka jest rozwinięta np. w tkance łącznej, w chrząstce. Zresztą rodzajów kolagenów jest bardzo wiele, mają różne funkcje i nawet u najprostszych zwierząt, np. gąbek, możemy zaobserwować białka kolagenowe. Czyli taką cechą charakterystyczną, unikatową dla zwierząt jest właśnie kolagen w tej macierzy zewnątrzkomórkowej.

 

K.G.: Czyli mogę się utożsamiać z byciem zwierzęciem, jeśli mam kolagen.

 

P.B.: Dokładnie tak. 

 

K.G.: To ciekawe. To, co pan opowiada, pokazuje, jak bardzo skomplikował się ten obraz drzewa życia na Ziemi. No bo przecież wcześniej, zanim weszła genetyka czy nawet zanim Darwin i inni zaczęli głosić swoje tezy, było to znacznie prostsze. Roślina – roślina. Grzyb – nie rusza się – też pewnie roślina. Nie ma nóg – to wąż. Ten świat opisywano bardziej na oko, prawda? Jak wyglądała ta dawna zoologia, np. z początku XIX wieku?

 

P.B.: W ogóle cały świat przyrody, to, co nas otacza, było klasyfikowane w postaci takiej drabiny bytów. 

 

K.G.: My na szczycie.

 

P.B.: Byli jeszcze aniołowie i oczywiście Bóg na samej górze. To wszystko wynikało z naszego zaplecza kulturowego, wywodzącego się jeszcze ze starożytnej Grecji. Później część tej filozofii została przejęta przez chrześcijaństwo. No i powstała taka drabina coraz doskonalszych bytów. Na samym dole były jakieś skały, minerały. Nieco wyżej kamienie szlachetne, gdzie były już takie wyjątkowo precyzyjne, delikatne struktury. Potem mieliśmy rośliny, wyżej zwierzęta, potem człowiek, no i jakieś byty związane z religią. Wielkim zaskoczeniem dla zoologów było, że w przypadku zwierząt jest to nieprawdziwe. Tę nieprawdziwość pokazało kilka faktów. 

Po pierwsze, zdano sobie sprawę, że ewolucja biologiczna nie biegnie wyłącznie od form prostszych ku bardziej skomplikowanym, ale również od bardziej złożonych do prostszych. Bo ewolucja zawsze biegnie do tego, aby organizm był jak najlepiej przystosowany do jakichś konkretnych warunków środowiskowych, w których żyje. Możemy mówić np. o pasożytach. Wywodzą się one ewolucyjnie ze zwierząt dużo bardziej skomplikowanych, ale przez to, że żyją wewnątrz organizmu żywiciela, tracą często przewód pokarmowy, układ nerwowy ulega redukcji. W zasadzie jedyne, co się rozwija, to układ rozrodczy. Więc niektóre pasożyty są skrajnie uproszczone w stosunku do tego, co było wcześniej. Tak samo np. organizmy planktonowe są dużo prostsze niż te żyjące na dnie zbiorników wodnych. 

Po drugie, kiedy zaczęto badać sekwencje DNA zwierząt i dzięki temu starać się poznać pokrewieństwa między nimi, okazało się, że nawet bardzo proste zwierzęta, np. tasiemce, czyli płazińce pasożytnicze, są stosunkowo zaawansowane ewolucyjnie. One na pewno były wcześniej bardziej skomplikowane, pewnie żyły w środowisku zewnętrznym, ale przystosowały się do życia jako pasożyty, czyli uwsteczniły swoją budowę. To był porządny szok dla zoologów, że coś może ulegać uproszczeniu. Jest to jedna z rzeczy, która zmieniła postrzeganie dzisiejszej zoologii. 

 

K.G.: Kojarzę dawną zoologię trochę ze stylu, jaki pewnie wielu ze słuchaczy pamięta – książki Alfreda Szklarskiego. To po prostu taki przegląd różnych dziwactw. Pamiętam najbardziej rysunek ptaka bez skrzydeł. Jak taki katalog, ocenianie tego wszystkiego na oko. A ta genetyka dużo zmieniła.

 

P.B.: Tak. Jak Tomek Wilmowski jeździł po świecie, to fascynował się łapaniem przeróżnych ciekawych zwierząt. W tamtym czasie – to był przełom XIX i XX wieku – tworzyły się różnego rodzaju muzea historii naturalnej, ogrody zoologiczne, gdzie ludzie mogli obejrzeć te zwierzęta z innych miejsc, bo wiadomo, wtedy świat był zdecydowanie większy, trudniej było wędrować, przemieszczać się, nie można było sobie obejrzeć na YouTube przedstawiciela dziwnych zwierząt. Więc te ogrody zoologiczne pełniły wtedy bardzo ważną funkcję. Rzeczywiście, było to takie katalogowanie, opisywanie. Natomiast obecnie zoologia bardziej skupia się na poznaniu funkcji różnych elementów, dlaczego powstały jakieś elementy, narządy, dlaczego to zwierzę wygląda tak, a nie inaczej. No i oczywiście skupia się również na poznaniu historii ewolucji zwierząt.

 

K.G.: Filogenezy?

 

P.B.: Tak, poznaniu, w jaki sposób poszczególne grupy zwierząt są ze sobą spokrewnione, m.in. poznanie, jak ten wspólny przodek wszystkich zwierząt mógł wyglądać. Jak powstał w ogóle układ nerwowy, jak on mógł powstać z takiego rozproszonego układu, jaki widzimy np. dzisiaj u parzydełkowców, czyli np. meduz albo stułbi. On potem musiał się w jakiś sposób scentralizować, przekształcić odpowiednio i np. przez długi czas zastanawiano się, dlaczego większość organizmów ma tak skonstruowany układ nerwowy, że jest on przebity przez układ pokarmowy. Jak sobie popatrzymy np. na układ nerwowy dżdżownicy albo nawet jakiegoś owada, to widzimy, że jest tam zwój głowowy, wokół którego rozchodzą się na boki pnie nerwowe, które łączą się po stronie brzusznej, i dalej układ nerwowy idzie po stronie brzusznej. A przez to połączenie przechodzi jelito i gardziel, czyli tworzy się tzw. obrączka okołojelitowa.

 

K.G.: To głupie pytanie, ale czy my też tak mamy?

 

P.B.: Na szczęście nie. [śmiech] To jest jedna z części takiego bagażu ewolucyjnego. Okazało się, że jak powstawał układ nerwowy, to koncentrował się on wokół pierwotnego otworu gębowego. Wyobraźmy sobie taką stułbię, która ma tylko jeden otwór, który pełni funkcję zarówno otworu gębowego, jak i odbytowego, i postawmy ją odwrotnie, czyli tym otworem do dołu. Takie zwierzę sobie chodzi po dnie i zbiera różnego rodzaju cząstki pokarmowe. Skoro je zbiera, to wokół tego otworu gębowego zaczyna się koncentrować układ nerwowy, żeby odbierać bodźce chemiczne, fizyczne o tym świecie, co warto zjeść, a czego nie. Więc wokół otworu gębowego powstała taka obrączka. Ale jak zwierzę zaczęło się przemieszczać cały czas w jednym konkretnym kierunku, utraciło symetrię symetryczną na korzyść symetrii dwubocznej. 

 

K.G.: Symetryczną w sensie taką promienistą, tak?

 

P.B.: Tak, wyobraźmy sobie np. ukwiała czy rozgwiazdę – to jest symetria promienista. Natomiast większość zwierząt, które się aktywnie przemieszczają – czy pływają, czy chodzą, czy latają – mają symetrię dwuboczną, czyli mają wyraźny przód, tył, górę i dół, i tylko strona prawa i lewa są do siebie symetryczne. Więc jeżeli takie pierwotne zwierzę, które sobie chodziło po dnie cały czas w jedną stronę, zaczęło wytwarzać tę symetrię dwuboczną, to ta obrączka, która na początku była wokół otworu gębowego, spowodowała, że ten przewód pokarmowy musiał przez ten układ nerwowy przechodzić. Na górze wykształcił się mózg, czyli te zwoje głowowe, a pod wykształcił się układ nerwowy, jakiś łańcuszek nerwowy czy inne pnie, które biegły po stronie brzusznej. I tego typu sytuacje widzimy u pierścienic, u owadów, u nicieni. Jest to cecha charakterystyczna większości bezkręgowców. Ale z jakiegoś powodu u kręgowców, czyli strunowców, tego nie ma. 

 

K.G.: Czytałam, że u ośmiornic jest to spory problem, bo ten układ centralny nerwowy jest bardzo blisko otworu gębowego i potrafią się niechcący przebijać do mózgu, co brzmi nieprzyjemnie.

 

P.B.: Dokładnie. To jest bardzo niefajna z ewolucyjnego punktu widzenia struktura. Inżynieria ewolucyjna w tym wypadku trochę się zapędziła w kozi róg. Ten układ nerwowy otaczający układ pokarmowy to nie jest dobre rozwiązanie.

 

K.G.: Powiedział pan „inżynieria”. Ja to bardziej widzę jako takie: a, spróbujemy. Nie działa? Trudno, spróbujemy tego.

 

P.B.: Tak, ale czasami to jest tak utrwalone, że nie da się tego łatwo przeskoczyć. Mamy np. też historyczny problem ewolucyjny związany z nerwami, które wychodzą z mózgu, które unerwiają nam dolną część głowy, czyli gardło, żuchwę. U ryb te nerwy, które wychodzą z mózgu, przechodzą obok serca i trafiają na spód głowy. Tylko że ryby mają serce w głowie. To nie jest tak, że mają gdzieś daleko w klatce piersiowej, bo jej nie mają, tylko to serce znajduje się tuż przy skrzelach, więc można powiedzieć, że w głowie. U zwierząt lądowych, również u człowieka, serce znajduje się dużo niżej, więc ten nerw musi wychodzić z głowy, biec do serca i wracać. Proszę sobie wyobrazić, jak to wygląda u żyrafy – to są metry niepotrzebnego kabla, który biegnie w dół całej szyi aż do serca, potem tam zakręca i wraca do góry. Niestety, nie da się tego przeskoczyć.

 

K.G.: Dzięki nowym metodom w genetyce itd. udowodniono, że strunowce, czyli również my, to zwierzęta, które żyją do góry nogami. Proszę wyjaśnić tę jednak dość dziwną tezę. [śmiech]

 

P.B.: Jest ona dość stara, bo bardzo wcześnie zauważono, analizując budowę wewnętrzną np. dżdżownicy czy owadów, że my niejako jesteśmy trochę na opak. Bo zwierzęta bezkręgowe mają układ nerwowy po stronie brzusznej, potem pośrodku oczywiście jest jelito, natomiast główne naczynie krwionośne, można powiedzieć, serce, coś, co pompuje krew, znajduje się po stronie grzbietowej. U strunowców, kręgowców jest odwrotnie – układ nerwowy mamy po stronie grzbietowej, powiedzmy, jelita pośrodku, a główne naczynia krwionośne, serce mamy po stronie brzusznej. Czy rzeczywiście takie zwierzęta jak strunowce są odwróconymi bezkręgowcami? Przez długi czas była to tylko teoria, pewna hipoteza, że może rzeczywiście tak to funkcjonowało. Ale zdobyliśmy dodatkowe narzędzia do analizy rozwoju embrionalnego – i tutaj wchodzi to wspomniane przez panią evo-devo, czyli techniki związane z analizą rozwoju embrionalnego i analizą tego, w jaki sposób geny, które kontrolują ten rozwój embrionalny, funkcjonują. Bo mamy całą serię genów, które produkują np. czynniki transkrypcyjne, czyli kontrolują aktywność innych genów. Mogą to być geny kodujące białka, które łączą ze sobą komórki, przez co niektóre komórki są ściślej ze sobą związane, inne luźniej, więc jak komórki migrują np. w trakcie rozwoju embrionalnego, to w niektórych momentach mogą być przyblokowane, szybciej lub wolniej się przemieszczają. No i oczywiście mogą to być również receptory, substancje sygnałowe. Czyli tych genów związanych z rozwojem na początku tworzenia się zarodka i jego rozwoju jest całkiem sporo. I analizując, gdzie w których miejscach te geny są aktywne, zauważono, że geny, które zwykle są w embrionach bezkręgowców aktywowane po stronie brzusznej, u strunowców, czyli też u kręgowców, są po stronie grzbietowej. I odwrotnie – te, które powinny być po stronie grzbietowej, są po stronie brzusznej. Czyli niejako udowodniono, że ten rozkład, nawet na poziomie tworzenia się zarodka, czyli pierwotnej organizacji tworzenia się organizmu, jest odwrócony.

 

K.G.: Przyjmuję to, co pan powiedział, że zostało to udowodnione, natomiast totalnie nie rozumiem, jak mogłoby się to wykształcić. No bo wyobrażam sobie, że jest taki bezkręgowiec, śmiga sobie po dnie oceanu i coś podjada. W pewnym momencie zaczyna się pojawiać ta struna. I co, gdzie ona się pojawia? Na brzuchu? Zupełnie nie rozumiem, jak mogło dojść do tego odwrócenia.

 

P.B.: Jeżeli chodzi o strunę grzbietową, która jest jedną z cech charakterystycznych dla strunowców, kręgowców, to ona prawdopodobnie pojawiła się trochę później. Na początku doszło do tego odwrócenia ciała. Wyobraźmy sobie, że jesteśmy takim robakiem – siedzimy sobie na dnie morza, potrzebujemy w jakiś sposób się tam przemieszczać. Jeżeli z jakichś powodów zaczynamy się przemieszczać „plecami do dołu, a brzuchem do góry”, to nasz otwór gębowy ląduje do góry. A my mamy właśnie tę odwróconą strukturę, ale z kolei otwór gębowy po stronie brzusznej. Badacze się zastanawiali, jak to się w ogóle mogło stać. Okazało się, że mogło dojść do takiej sytuacji. Były zresztą bardzo ciekawe badania związane z tym, że nie tylko analizowano, w jaki sposób ekspresja tych genów związanych z rozwojem zarodkowym zachodzi, ale również wymuszano ekspresję niektórych z nich. Czyli zmuszano je do tego, aby powstawały one w innych częściach ciała, niż normalnie powinny. W tych badaniach analizowano takiego robaka związanego blisko ze strunowcami, należącego do tzw. półstrunowców, który ma jeszcze normalną, nieodwróconą budowę ciała. Ale gdy zaczęto się bawić i modyfikować ekspresję tych genów, okazało się, że z otworem gębowym dzieją się różne dziwne rzeczy, np. wyhodowano takie embriony, które mają otwór gębowy dookoła. To znaczy, nie mają tylko w jednym miejscu, tylko jak gdyby dookoła głowy. No i co się wtedy dzieje? Głowa odpada. Takie rzeczy można było wytworzyć w laboratorium. 

 

K.G.: To brzmi totalnie jak opowieść o szalonych naukowcach. Czy ktoś to wypuścił w przyrodę? [śmiech]

 

P.B.: Nie, takie zwierzątko oczywiście nie mogło się dalej rozwijać. Z jednej strony wygląda to trochę strasznie, ale dalej modyfikując te geny, otrzymano zwierzę, które ma ten otwór gębowy po stronie grzbietowej. I co tu się dzieje ciekawego? Skoro otwór gębowy ląduje na stronie grzbietowej, czyli po odwróceniu na stronę brzuszną, to nie ma już tego problemu z obrączką wokół przewodu pokarmowego. To, co wtedy było błędem, przestało nim być. Bo ten przewód pokarmowy przestał przechodzić przez układ nerwowy. Układ nerwowy stał się jednolitą strukturą po stronie grzbietowej, bo już nic nie musiało go przebijać, bo otwór gębowy wylądował po drugiej stronie.

 

K.G.: Jest jeszcze jedna informacja, która myślę, że dla części słuchaczy może być zaskakująca. Mianowicie wtórouste – my też do nich należymy – czyli klaty… Klat to z kolei grupa organizmów, które mają wspólnego przodka. Jest to klat zwierząt dwubocznie symetrycznych, w których w rozwoju embrionalnym z pregęby powstaje otwór odbytowy. Czego się właśnie o sobie dowiedziałam. [śmiech]

 

P.B.: Wszystkie zwierzęta – może poza najprostszymi gąbkami – w trakcie rozwoju zarodkowego, jak zygota zaczyna się dzielić na poszczególne komórki, w pewnym momencie te komórki tworzą taką sferę. Bardzo upraszczam, bo to później u różnych grup organizmów uległo wielokrotnym zmianom i modyfikacjom, ale powiedzmy, że tworzy się sfera z komórek, w środku jest jakiś płyn i w pewnym momencie część tej sfery zaczyna się wpuklać do środka. Czyli tworzy się jak gdyby taki pierwszy otwór, a w środku są dwie warstwy. My to studentom na zajęciach z zoologii tłumaczymy, wykorzystując skarpetkę. Można wziąć skarpetkę, i naciskając w jednym miejscu, powodować, że nagle z jednej warstwy stworzy się coś dwuwarstwowego z otworem. I to jest właśnie ta pregęba. Niektóre zwierzęta pozostają na takim stadium – te wszystkie parzydełkowce, ukwiały, koralowce, meduzy, stułbie mają tylko ten jeden otwór i dwie warstwy ciała. Natomiast wszystkie pozostałe zwierzęta mają również otwór odbytowy, czyli mają drożny przewód pokarmowy i u tzw. organizmów pierwoustych z pierwszego otworu tej pregęby tworzy się otwór gębowy, a później tworzy się otwór odbytowy. Natomiast u wtóroustych, czyli także u nas, z tej pierwszej struktury tworzy się otwór odbytowy, natomiast otwór gębowy tworzy się później. Czyli też troszeczkę na wspak.

 

K.G.: I to wszystko w tym okresie embrionalnym?

 

P.B.: Tak. 

 

K.G.: Jest jeszcze bardzo ciekawa rzecz, jeśli chodzi o takie przełomowe rzeczy w tej dziedzinie evo-devo – odkrycie, że różne rodzaje oczu, jakie są w przyrodzie, mają jednak podobne geny, które je obsługują.

 

P.B.: Tak. Okazało się, że wiele różnych struktur – nie tylko oczy, ale też zęby czy kończyny – są regulowane przez te same geny. Te geny związane z rozwojem zarodkowym są bardzo konserwowane ewolucyjnie. Oznacza to, że one praktycznie się nie zmieniają w trakcie ewolucji. Czyli bardzo podobne geny mamy zarówno u najprostszych zwierząt, jak i u tych najbardziej zaawansowanych ewolucyjnie.

 

K.G.: To znaczy, że oczy np. mrówki, zupełnie inaczej zbudowane niż oczy człowieka, są obsługiwane przez podobne geny?

 

P.B.: Tak. One w trakcie rozwoju zarodkowego są regulowane przez bardzo podobne geny. Możemy wyjść od tego, że w ogóle zwierzęta – i może nawet pójść wstecz, czyli wszystkie organizmy eukariotyczne, każda komórka – mają jakiś sposób orientowania się, czy jest światło, czy ciemność w środowisku. Czyli są fotowrażliwe, mają jakieś białka, jakieś receptory, które umożliwiają im odbiór tych bodźców świetlnych. Kiedy zaczęły się tworzyć zwierzęta wielokomórkowe i zaczęły się przemieszczać, próbować polować, zbierać pokarm, to potrzebna im była nie tylko informacja, czy jest światło, czy ciemność, czy dzień, czy noc, ale również jak zbudowane jest, jaki ma kształt środowisko wokół nich. Układy, które odbierają bodźce świetlne, czyli oczy, zaczęły ewoluować w kierunku umożliwiania rejestracji i analizy obrazów. W jaki sposób te oczy powstawały? Czy to były oczy proste, złożone? Te oczy powstawały niezależnie u różnych grup zwierząt, natomiast sama ta pierwotna organizacja, że w tym miejscu ma powstać oko, jest bardzo stara ewolucyjnie. Te pierwsze zwierzęta prawdopodobnie miały zaczątek oka bardzo podobny. Może nawet najstarszy wspólny przodek wszystkich zwierząt miał oko jakieś bardzo pierwotne, może to był jakiś kubeczek wypełniony komórkami światłoczułymi, który był regulowany właśnie przez te geny. I te geny już po prostu pozostały, i kontrolują rozwój oczu niezależnie od tego, jak one obecnie wyglądają. 

 

K.G.: Czy to jest o jakiejś ekonomii ewolucji? Że jak już raz wynalezione, to używamy?

 

P.B.: Jeżeli coś się sprawdza, to trzeba tego używać. Jeżeli pełni jakąś konkretną funkcję, to możemy tego używać. Zresztą w przypadku genetyki analizując ekspresję różnych genów i funkcje białek kodowanych przez te geny, może się okazać, że dany gen, białko, enzym często jest wykorzystywane w ciele w przeróżnych miejscach, np. są takie białka, które kontrolują synapsy w mózgu, czyli je tworzą. Ale niespodziewanie to samo białko nagle uczestniczy w tworzeniu się komórki jajowej w jajnikach. Wydawałoby się, że gen odpowiedzialny za coś konkretnego w jednym narządzie, nagle pełni inną funkcję w innym narządzie, ale jest tam do czegoś potrzebny. 

 

K.G.: Dawno, dawno temu, kiedy ludzie sobie wyobrażali, że są zupełnie oddzieleni od świata zwierzęcego, była właśnie taka wizja. A teraz im bardziej wchodzimy w te odkrycia biologiczne… W naszych ciałach fizycznie są ślady tego, że mamy wspólnego przodka. Wydaje mi się, że jest to jakaś taka rzecz, którą chyba coraz bardziej trzeba sobie przyswajać w kwestii tożsamości ludzkiej czy tak jak wcześniej sobie żartowaliśmy, że kolagen jest wyznacznikiem zwierzęcości. I to nie jest tylko taka opowieść, że oto sobie wspólnie wszyscy żyjemy na planecie Ziemia, tylko są dowody, że mamy coś wspólnego z mrówką, gąsienicą. Tak należy na to patrzeć?

 

P.B.: Tak. Ten zestaw genów odpowiedzialnych za rozwój, tzw. geny homeotyczne albo troszeczkę szerzej – geny związane z rozwojem embrionalnym – są bardzo konserwowane ewolucyjnie. Czyli możemy te same zestawy zobaczyć zarówno u np. muszki owocowej, jak i u myszy i u nas. One często mają niemalże taką samą sekwencję, nawet podobnie leżą na jakimś chromosomie, w tej samej kolejności. Więc to są rzeczy, które powodują, że jesteśmy ze sobą pod tym względem bardzo związani. Niektóre geny ewoluują bardzo szybko, przystosowując nas do konkretnych warunków środowiskowych, a niektóre związane z tym pierwotnym kształtem ciała, że jesteśmy symetryczni, że mamy jelito, otwór gębowy i odbytowy, to są geny wspólne dla wszystkich lub prawie wszystkich zwierząt.

 

K.G.: A jakbyśmy tak prześledzili ten rozwój do ssaków, to jakby wyglądało to drzewo? Od tego najstarszego wspólnego przodka w którą stronę to poszło?

 

P.B.: Jeżeli popatrzymy sobie na najstarszego przodka, to był to najprawdopodobniej organizm dwuwarstwowy, czyli taki, jaki widzimy u dzisiejszych parzydełkowców. Uważamy, że parzydełkowce są takimi najbardziej pierwotnymi zwierzętami mającymi tkanki. Te zwierzęta zaczęły tracić symetrię promienistą i zaczęły się aktywnie przemieszczać. Powstał wtedy scentralizowany układ nerwowy, drożne jelito – to było kolejne wielkie odkrycie u zwierząt, czyli przewód pokarmowy. Bo taki worek z jednym otworem, jak mają parzydełkowce, jest mało użyteczny, nieefektywny dlatego, że tam wszystko musi się dziać w jednym miejscu. Czyli musi tam być i trawienie, i wchłanianie, nie ma żadnej obróbki. A jak mamy przewód pokarmowy, to jego różne elementy mogą się specjalizować do pełnienia konkretnej funkcji – do rozdrabniania, trawienia białek, trawienia tłuszczy, wchłaniania. Więc powstanie przewodu pokarmowego to był rzeczywiście taki wielki kamień milowy w rozwoju zwierząt oraz powstanie trzeciej warstwy komórek. 

Parzydełkowce mają ekto- i endodermę, czyli tylko dwie warstwy komórek, natomiast u pozostałych zwierząt mamy trzecią warstwę, czyli mezodermę, z której wykształca się większość innych tkanek, np. mięśniowa, łączna, czyli to, co w zasadzie buduje człowieka. Jakbyśmy sobie tak popatrzyli na samego człowieka, to do narządów, które powstały z tej tkanki zewnętrznej, czyli ektodermy, zaliczymy tylko naskórek i układ nerwowy. Do endodermy, czyli tej wewnętrznej, tylko nabłonek, jelita i układ oddechowy. Natomiast wszystkie pozostałe narządy i tkanki to jest właśnie ta mezoderma. Czyli powstanie tego trzeciego listka zarodkowego, czyli tej pierwotnej tkanki, która jest na samym początku rozwoju zarodkowego, to też był taki kolejny etap w rozwoju. 

No i potem zwierzęta zaczęły się różnicować na zwierzęta pierwouste i wtórouste, czyli w zależności od tego, jak ten układ pokarmowy był tworzony. Zresztą mówimy „pierwouste” i „wtórouste”, ale do tej pory zoolodzy się spierają, czy rzeczywiście to, co nazywamy pierwoustym, było bardziej pierwotne. A może to właśnie wtórouste były bardziej pierwotne i powstały z nich pierwouste. Więc tu do końca jeszcze nie wiadomo, jak to wyglądało. 

Idąc w kierunku strunowców, kręgowców, wraz z koncentracją układu nerwowego i powstaniem struktury, jaką jest struna grzbietowa, szła zdolność do szybkiego przemieszczania się. Pierwsze strunowce nie były znane z tego, że były specjalnie niebezpieczne czy dobrze walczyły z innymi zwierzętami, tylko z tego, że były dobre w uciekaniu przed drapieżnikami. Ta struna grzbietowa i mięśnie połączone w układ szkieletowo-mięśniowy umożliwiły wyginanie ciała na boki i dość szybkie i sprawne pływanie. To były takie robaczki ze struną, łapiące jakieś inne drobne zwierzątka czy glony, które sobie aktywnie pływały w wodzie. Czyli przypominały może tego słynnego lancetnika, tylko były troszeczkę bardziej aktywne w toni wodnej. 

Potem powstały struktury chroniące układ nerwowy, czyli kręgowce zaczęły mieć czaszkę i strukturę chroniącą dalszą część układu nerwowego, rdzeń kręgowy, czyli powstały kręgi. 

Później powstały kończyny parzyste. Zresztą to też jest wielka tajemnica, jak mogły powstać płetwy parzyste, bo pierwotne kręgowce, takie jak np. minogi czy śluzice, nie mają płetw parzystych. Mają jedynie płetwy nieparzyste, czyli grzbietową, brzuszną, ogonową, ale żadnych płetw rozstawionych na boki. 

Kolejnym sukcesem było wykształcenie szczęk. Wielki sukces ewolucyjny, można powiedzieć, że ryb. Wyobraźmy sobie szczeliny skrzelowe – są to takie przerwy w tkance, przez które woda wypływa z gardzieli. Więc jeżeli woda wypływa i tworzą się takie fałdy pomiędzy szczelinami, to są one dość delikatne. Jeżeli jeszcze łapiemy jakieś zwierzątka, to mogą się uszkodzić. W tych tkankach pomiędzy szczelinami skrzelowymi zaczęły się wykształcać różnego rodzaju twarde elementy szkieletowe, powstały łuki skrzelowe. I z pierwszych łuków, które znajdowały się najbliżej otworu gębowego, powstały szczęki. Szczęki oczywiście umożliwiają chwytanie zdobyczy, dzięki czemu ryby mogą bardzo skutecznie polować na przeróżne inne organizmy. Dużo łatwiej chwycić coś szczękami niż jakimś miękkim, fałdowatym otworem gębowym. 

Potem oczywiście cała ewolucja zwierząt kręgowych uległa rozdzieleniu na zwierzęta, które pozostały w wodzie – ryby chrzęstno- i kostnoszkieletowe. Z kostnoszkieletowych powstały ryby mięśniopłetwe, które wyszły na ląd. Ale trzeba oczywiście zdawać sobie sprawę z tego, że najbardziej zróżnicowaną i najbogatszą w gatunki grupą kręgowców są ryby kostnoszkieletowe, czyli ryby tzw. doskonałokostne, których mamy obecnie opisanych ponad trzydzieści tysięcy gatunków, zarówno w morzach, jak i w wodach słodkich. To jest więcej niż wszystkie inne kręgowce razem wzięte. Czyli można powiedzieć, że ryby kostnoszkieletowe dominują dzisiaj, jeżeli chodzi o kręgowce na Ziemi. Ewoluowały one zupełnie niezależnie, w różnych innych środowiskach wodnych. Nie było to tak, że one sobie powstały kiedyś w historii i od tego czasu w zasadzie już się nie zmieniły. To jest taki mit, który należy obalić, że ryby cały czas ewoluują. Mniej więcej jak powstawały ssaki czy nawet naczelne, pojawiały się również niektóre bardzo zaawansowane grupy ryb, np. ryby okoniokształtne, które są takim szczytem ewolucji ryb kostnoszkieletowych.

 

K.G.: A jak pan sobie to wyobraża? To wychodzenie na ląd?

 

P.B.: Z wychodzeniem na ląd jest rzeczywiście bardzo ciekawa historia, ponieważ ten proces zachodzi w zasadzie bez przerwy. Nawet teraz na naszych oczach niektóre grupy zwierząt wychodzą na ląd, np. kraby. Są to skorupiaki morskie, ale coraz więcej gatunków stosunkowo niedawno zaczęło przystosowywać się do życia w środowisku lądowym. Biegają po plaży, budują norki w piasku, niektóre zaczynają żyć w jakichś wilgotnych miejscach na wyspach koralowych.

 

K.G.: I co, i zostaną niektóre?

 

P.B.: Tak. One po prostu coraz bardziej przystosowują się do życia w środowisku lądowym. Podobnie wcześniej do tego środowiska zaczęły się przystosowywać ryby mięśniopłetwe. Żyły one w bardzo nietypowym środowisku, wręcz wrogim, ponieważ były to płytkie, słodkowodne, wolnopłynące rzeki albo jeziora tropikalne, gdzie często brakowało tlenu. Żeby w ogóle funkcjonować w takim środowisku, ryby te musiały wykształcić płuca. Zaczęły oddychać powietrzem atmosferycznym, zanim wyszły na ląd. Te płuca były bardzo dobrze wykształcone, zanim zaczęły w ogóle wykształcać kończyny. Co ciekawe, część ryb oczywiście wróciła później z powrotem do życia typowo wodnego i z tych płuc wykształcił się pęcherz pławny. To, co widzimy jako typowy pęcherz pławny, narząd do regulacji głębokości przebywania ryby, tak naprawdę jest płucem, które straciło możliwość wymiany gazowej i służy jako narząd hydrostatyczny. Czyli najpierw powstały płuca, a dopiero potem płetwy parzyste zaczęły się coraz bardziej rozwijać, tak aby można było wypełzać na ten ląd.

 

K.G.: No właśnie, przecież taka ryba jest zupełnie bezradna.

 

P.B.: Jest taka rybka, która się nazywa poskoczkiem mułowym, która też jest taką próbą wyjścia na ląd. Te zwierzęta żyją w lasach namorzynowych, gdzie biegają sobie po mule, który pozostaje po odpływie i świetnie sobie dają radę w takim środowisku. Są to ryby dość zaawansowane ewolucyjnie i wyszły czy wychodzą na ląd zupełnie niezależnie od tych, które dały początek wcześniejszym czworonogom. Więc to wychodzenie na ląd jest procesem, który się zdarza. Wyszły na ląd owady, pajęczaki, teraz wychodzą kraby czy te poskoczki.

 

K.G.: A niektórzy wchodzą, jak w przypadku delfinów.

 

P.B.: Dokładnie tak.

 

K.G.: No i wyszły te ryby na ląd. Mają płuca, pojawiły się u nich kończyny, ale do ssaków jeszcze daleko. Co się dzieje w międzyczasie?

 

P.B.: Kolejna bardzo ważna rzecz to uniezależnienie się od środowiska wodnego, ponieważ pierwsze czworonogi, zresztą tak jak dzisiejsze płazy, musiały się rozmnażać w środowisku wodnym, czyli wracały do wody, aby złożyć tam jaja albo urodzić młode, bo niektóre były żyworodne. I w momencie, kiedy jaja mogły być składane na lądzie albo rozwój zarodkowy mógł przebiegać wewnątrz ciała samicy na lądzie, powstało to uniezależnienie się od środowiska wodnego. Czyli nie trzeba było żyć w takim środowisku – jakimś wilgotnym, tropikalnym lesie – gdzie ta woda jest bez przerwy dostępna. Gady czy gady ssakokształtne mogły zasiedlić tereny suche, półpustynne, jakieś suche lasy. 

Natomiast wędrując dalej w kierunku ssaków, pojawiały się kolejne ciekawe elementy. Oczywiście obecność włosów, gruczołów mlekowych, które są przekształconymi gruczołami potowymi, i stosunkowo na końcu powstawanie łożyska, czyli struktury, która umożliwia transport substancji pokarmowej z organizmu matki do organizmu rozwijającego się wewnątrz macicy. To nie jest tak, że tylko ssaki mają łożyska, ponieważ wiele gatunków kręgowców niezależnie wykształciło bardzo podobne struktury, które są niehomologiczne, ale analogiczne, czyli nie wywodzą się z tych samych tkanek, ale pełnią tę samą funkcję. 

 

K.G.: Ale ssaki mają wspólnego przodka wśród tych płazów czy prapłazów, podobnie jak gady? Bo ssaki razem z gadami jednocześnie sobie żyły, prawda?

 

P.B.: Tak. Można powiedzieć, że gady podzieliły się dość wcześnie na dwie linie – jedna biegła w kierunku dzisiejszych gadów, takich jak jaszczurki i węże czy gady naczelne, takie jak krokodyle czy ptaki. W międzyczasie były jeszcze oczywiście dinozaury. A drugą grupę gadów możemy ogólnie nazywać gadami ssakokształtnymi. One się nieco różniły w budowie szkieletu, później w budowie stawu żuchwowego, tworzyły się odpowiednie kosteczki słuchowe. 

 

K.G.: Czyli był taki pragad, tak?

 

P.B.: Tak. I od niego powstały te dwie główne grupy. Jedna ścieżka biegła w kierunku dzisiejszych ssaków, a druga w kierunku gadów naczelnych, krokodyli, dinozaurów, ptaków, czyli zwierząt o typowo gadzim pochodzeniu. Na pewno nie było tak, że najpierw była jakaś żabka, potem jaszczurka, potem ptaszek, a na końcu jakaś myszka. To wszystko działo się równolegle, czyli gdzieś rzeczywiście był podział, ale potem te grupy już rozwijały się niezależnie od siebie. 

 

K.G.: Kiedy pan tak opowiada o całej tej ścieżce, to wydaje się to w sumie logiczne. Mniej więcej wszystko się ze sobą zgadza. To jak to jest, że z tego samego wspólnego przodka inną ścieżką powstała jakoś ta mrówka czy słoń? Słoń to powiedzmy, że nasz względnie bliski krewny w tym kontekście. Ale przecież to jest jakieś szalone, że z tego jednego wspólnego przodka powstały tak różnorodne stworzenia. Czy pana czasami to jeszcze oszałamia?

 

P.B.: Oczywiście, to jest piękno natury, piękno zwierząt. Różne zwierzęta, które widzimy, są doskonale przystosowane do środowiska, w którym żyją, do interakcji z innymi organizmami – czy to zwierzętami, czy roślinami, czy grzybami. I one są perfekcyjnie dopasowane do tych interakcji, do swojego środowiska. I dlatego są takie różnorodne, że jest wiele różnych strategii przeżycia, zostawienia po sobie potomstwa. Dzięki temu, że jak te główne grupy rozdzielały się ewolucyjnie, żywiły się może trochę innym pokarmem, w nieco innym środowisku występowały, to nakładając na siebie te wszystkie zmiany, które toczyły się przez setki milionów lat, mamy taki obraz dzisiaj.

 

K.G.: Czyli ta mrówka ma swojego innego przodka, który też wyszedł na ziemię? 

 

P.B.: W ogóle owady wywodzą się z pewnej tajemniczej grupy skorupiaków i obecnie są dosyć intensywne spory, z jakiej grupy skorupiaków powstały. Niestety, ta grupa prawdopodobnie się nie zachowała, więc nie ma dzisiejszych bezpośrednich skorupiakowych przodków owadów.

 

K.G.: À propos skorupiaków – ma pan ulubionego?

 

P.B.: Tak. Jest to oczywiście rozwielitka, mój ulubiony element badań. Niesłychanie ciekawe zwierzę. Na pewno każdy się z nim spotkał na lekcjach biologii. Zwierzę, które obecnie podbija świat nauki. Na początku były one badane głównie pod kątem ekologicznym, czyli jako element sieci troficznej, jako z jednej strony organizmy, które zjadają glony, a z drugiej stanowią pokarm dla wielu innych organizmów, np. ryb. Czyli były takim kluczowym elementem łańcuchów pokarmowych w wodach głównie słodkich. Potem zaczęto badać je również pod kątem np. toksykologii. Badano różne substancje ochrony roślin czy też leki, w jaki sposób mogą one wpływać na ekosystemy wodne. Czyli po prostu analizowano, czy dany związek chemiczny szkodzi rozwielitkom, czy nie. Kolejnym krokiem było wejście biologii molekularnej, a konkretnie sekwencjonowanie genomu rozwielitki. Okazało się, że jest to genom bardzo nietypowy. Bo z jednej strony jest to genom stosunkowo mały. Jak popatrzymy sobie np. na genom człowieka, to on ma ponad trzy miliardy par zasad, czyli tych literek kodu genetycznego. Natomiast u rozwielitki jest to tylko dwieście milionów, czyli dużo, dużo mniej. Ale jak popatrzymy na liczbę genów, to rozwielitka ma więcej genów niż człowiek. Człowiek ma dwadzieścia kilka tysięcy genów, a rozwielitka, o ile się nie mylę, trzydzieści jeden tysięcy. Czyli tych genów jest więcej, a sama długość genomu jest mniejsza. Te geny są lepiej upakowane, jest mniej tych niepotrzebnych sekwencji tzw. junk DNA, czyli śmieciowego DNA, które gdzieś zalega.

 

K.G.: Niech pan uważa, bo teraz genetycy mówią, że nie ma śmieciowego DNA, tylko okazuje się, że ma ono swoje funkcje, więc ostrożnie. [śmiech]

 

P.B.: Oczywiście. Gdyby takie niekodujące elementy naszego genomu nie miały żadnej funkcji, to prawdopodobnie byłyby prędzej czy później wyrzucone. Bo powielanie genomu przy podziale komórek wymaga energii. Często też mogą się tworzyć jakieś problemy. Więc po co mieć za długi genom, można mieć dużo krótszy. I te rozwielitki rzeczywiście mają bardzo dobrze poukładany genom. Ponadto mają w nim wiele duplikacji, czyli poszczególne geny są wielokrotnie powielone. Mamy całe rodziny genów, które są ze sobą stosunkowo blisko spokrewnione, czyli powstały na drodze duplikacji z pojedynczego genu. Wiąże się to prawdopodobnie z tym, że rozwielitka ma bardzo specyficzny sposób życia i rozrodu. Mianowicie rozmnaża się głównie partenogenetycznie. Samice składają jaja, noszą je przez kilka dni w tzw. komorze lęgowej na plecach, a po, powiedzmy, trzech dniach wypływają sobie młode rozwielitki. Czyli samice bez potrzeby zapłodnienia wytwarzają kolejne pokolenia samic, tworząc swoje klony. Potomstwo jest identyczne genetycznie jak matka. Przez to nie ma różnorodności w takiej tworzącej się populacji. Każdy osobnik musi mieć już jakiś zestaw genów, białek, enzymów, które pozwolą im przetrwać w jakimś zmiennym środowisku. No bo środowisko wodne jest bardzo zmienne. Mogą się nagle pojawić drapieżniki, może się skończyć pokarm, woda może zacząć wyparowywać, jeżeli jest to drobny zbiornik. Więc żeby plastycznie dopasowywać się do warunków środowiskowych, uruchamiane są różne geny. Ja np. badam geny związane z trawieniem tłuszczy. Bo mamy rozwielitki, które jedzą fitoplankton, i różne gatunki fitoplanktonu mają różnego rodzaju lipidy wewnątrz swoich komórek. Więc żeby prawidłowo je trawić, rozwielitka musi uruchamiać geny kodujące odpowiednie lipazy, czyli białka trawiące te lipidy. I one dostosowują ten swój schemat, profil produkcji lipaz do tych glonów, które akurat są w środowisku. 

 

K.G.: A czy to jest tak, że ostatnie dekady już otworzyły oczy biologom, zoologom, wszystko jest uporządkowane i wiemy już, jak ten zwierzęcy – czy szerzej, życia w ogóle – świat wygląda, czy jeszcze być może zdarzy się coś takiego, że za kolejne dekady będziemy myśleli o stanie obecnej wiedzy, że w ogóle co to jest?

 

P.B.: Na pierwszych zajęciach ze studentami opowiadam o systematyce zwierząt. Oni zwykle kojarzą systematykę jako coś bardzo trudnego, co trzeba dokładnie wykuć. Te wszystkie typy, gromady, rzędy. Natomiast ja im tłumaczę, że systematyka powinna się opierać o aktualny stan wiedzy o pokrewieństwach zwierząt. Tutaj kluczowym słowem jest „aktualny”. Cały czas są nowe odkrycia paleontologiczne, genetyczne, więc ten obecny stan wiedzy o pokrewieństwach się zmienia niemalże z miesiąca na miesiąc. Więc nie ma tak naprawdę sensu się uczyć tej systematyki, bo ona może się zaraz zmienić. Część studentów przynosi ze szkoły trochę skostniałą zoologię i staram się im poprzekładać w głowach, że obecnie wygląda to trochę inaczej. Jedyne, czego oni muszą się nauczyć, to skąd brać wiedzę o aktualnej systematyce. Czyli jak czerpać ze źródeł, gdzie znajdą tę aktualną systematykę, jeżeli jest im do czegoś potrzebna. Znajdą ją oczywiście w publikacjach zoologicznych. 

 

K.G.: Ale nie ma jakiejś takiej jednej bazy? Bo chciałabym sobie wejść do takiej bazy, wpisać nazwę zwierzęcia i bach, rozwija mi się całe drzewo, kto jak tam z kim jest spokrewniony.

 

P.B.: Jest taka baza. Może powiem coś niepopularnego, ale naprawdę zachęcam nawet studentów na pierwszym roku do korzystania z Wikipedii. Naprawdę, zwłaszcza anglojęzyczna Wikipedia jest bardzo dobrze napisana. I tam ludzie, którzy zajmują się poszczególnymi grupami zawodowo, potrafią modyfikować te artykuły, tematy. Więc wydaje mi się, że na poziomie pierwszych lat studiów Wikipedia jest całkiem dobrym źródłem. Oczywiście zdarzają się błędy, ale jeżeli chodzi o takie podstawy, duże grupy, systematyczne, to jak najbardziej Wikipedia jest okej, zwłaszcza że tam też są podawane źródła. Poza tym obecnie oczywiście możemy korzystać z chatów sztucznej inteligencji.

 

K.G.: Ale one ściemniają. Jak nie wiedzą, to konfabulują. Ja im nie ufam.

 

P.B.: Zależy, które. Te najnowsze wersje chatu GPT podają źródła. Jak się wyraźnie napisze, że interesuje mnie takie i takie zagadnienie, np. pokrewieństwa między różnymi grupami systematycznymi, to przeszukują na bieżąco bazy danych czasopism naukowych i podają źródła, które można potem sprawdzić. Oczywiście nie można wszystkiego przyjmować na wiarę, zawsze trzeba sprawdzić, ale to jest bardzo fajny moment startu. Jak zaczynamy czegoś poszukiwać, to zacznijmy od Wikipedii i chatu, a później wczytujmy się w artykuły naukowe.

 

K.G.: Tak, chociaż naprawdę czekam, kiedy te chaty zaczną wreszcie się przyznawać, że nie wiedzą, a nie przepraszać, kiedy zostaną przyłapane na kłamstwie. 

 

P.B.: Ja np. używam też chatu do pisania pytań na egzamin dla studentów. To nie jest tak, że piszę: stwórz mi egzamin. Aż na taką łatwiznę nie idę, ale np. piszę sam pytania na podstawie swoich wykładów i daję je do rozwiązania chatowi. Każę mu odpowiadać kilkukrotnie na to samo pytanie i wtedy wiem, czy pytanie jest na tyle dobrze skonstruowane, że student nie wymyśli niby poprawnej odpowiedzi na to pytanie. Chodzi o dobre sformułowanie. Często jak tworzę pytania, to jestem już zafiksowany na jakiejś konkretnej odpowiedzi, a może tam jest jakaś poprawna formalnie odpowiedź. I dzięki takiemu sprawdzaniu przez sztuczną inteligencję jestem w stanie upewnić się, że pytanie jest rzeczywiście dobrze sformułowane. 

 

K.G.: Na koniec pytanie trochę retoryczne – XX wiek wiekiem fizyki, a XXI wiek wiekiem biologii? Tak się mówi.

 

P.B.: Nieee.

 

K.G.: Nie?

 

P.B.: Nie, wszystkie nauki się rozwijają. To nie jest tak, że biologia zacznie królować. Może moi koledzy mnie uduszą, jak odsłuchają ten podcast, ale nawet jakby pani popatrzyła na odcinki swojego podcastu, to proszę zobaczyć, ilu tam jest fizyków, a ilu biologów. Jeżeli chodzi o fizykę, chemię i biologię, czyli nauki o otaczającym nas świecie, to myślę, że rozwijają się one bardzo prężnie. W każdej dziedzinie są świetne badania, wspaniałe odkrycia i wspaniali badacze. Na pewno nie jest tak, że tylko biologia będzie rządziła w tym wieku.

 

K.G.: Bardzo mi się podoba, że uznał pan Radio Naukowe za wiarygodne źródło statystyczne. [śmiech] Doktor Piotr Bernatowicz z Zakładu Fizjologii Zwierząt, Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Dziękuję serdecznie za rozmowę.

 

P.B.: Dziękuję bardzo.

***

I jak wam się podobają takie globalne tematy biologiczne? Co jeszcze powinniśmy poruszyć? Mamy oczywiście swoją listę, ale dawajcie znać koniecznie w komentarzach. Jak wiecie, wszystko czytamy. Klasycznie prośba o udostępnienie odcinka, a jeśli jesteście naszymi stałymi słuchaczami, to rozważcie, proszę, dołączenie do grona wspierających nas na Patronite. Już ponad tysiąc pięćset osób się na to zdecydowało. Wielkie, wielkie, wielkie dzięki. Na radionaukowe.pl i na patronite.pl/radionaukowe możecie zobaczyć, jak to działa. A w kolejnym odcinku samuraje. Do usłyszenia.