Ce s-ar întâmpla dacă am putea merge înapoi în timp, până la un anumit moment, ales în mod arbitrar, iar universul şi-ar reîncepe cursul său către viitor? Ar urma evoluţia acelaşi curs, iar omul ar apărea pe Terra, în mod inevitabil?
Paleontologul american Stephen Jay Gould a propus acest faimos experiment de gândire la sfârșitul anilor '80 - și este unul care încă mai stârneşte imaginația biologilor astăzi.
Gould a socotit că, dacă timpul ar reporni de undeva din trecut, evoluția ar „ghida” viața pe un drum cu totul diferit, iar oamenii nu ar apărea niciodată. De fapt, acesta considera că evoluția umanității ar fi atât de rară, încât am putea reporni banda evoluției de un milion de ori și nu vom mai avea posibilitatea de a fi martorii apariției speciei Homo sapiens.
Raționamentul său a fost că evenimentele întâmplătoare joacă un rol uriaș în evoluție. Acestea includ evenimentele de extincție în masă, ca în cazul mamutului, impacturile cataclismice ale asteroizilor și efectele devastatoare ale erupțiilor vulcanice. Dar aleatoriul operează și la scara moleculară. Mutația genetică, care stă la baza adaptării evolutive, depinde de evenimente întâmplătoare.
Simplu spus, evoluția este produsul mutațiilor aleatorii. Câteva mutații pot îmbunătăți șansele de supraviețuire ale unui organism în anumite medii. Formarea a două specii, pornind de la o specie unică, are ca element generator astfel de mutații rare. Dar alte procese aleatorii pot interfera în continuare, ceea ce poate duce la pierderea mutațiilor benefice și la consolidarea mutațiilor dăunătoare. Această imagine a unui proces evolutiv care conține aleatoriul în esența sa ar trebui să sugereze că am obține diferite forme de viață dacă dacă am reporni evoluția.
Testarea re-rulării evoluției cu bacterii
Desigur, în realitate, este imposibil să întoarcem ceasul în acest fel. Niciodată nu vom ști cu siguranță cât de probabil a fost să ajungem la momentul de față. Dar, din fericire, biologii au mijloacele de a testa unele dintre teoriile lui Gould la scară microscopică, cu bacterii.
Microorganismele se divid și evoluează foarte repede. Prin urmare, putem congela miliarde de celule identice și să le stocăm pentru o perioadă nedeterminată. Acest lucru ne permite să luăm un subset de aceste celule, să le obligăm să crească în medii noi și să monitorizăm schimbările adaptative în timp real. Putem trece de la „prezent” la „viitor” și să ne întoarcem din nou, de câte ori ne dorim - re-rulând banda vieții într-o eprubetă.
Forțe evoluționiste limitează posibilitățile de evoluție
Multe studii privind evoluția bacteriană au descoperit, poate surprinzător, că evoluția urmează adesea căi foarte previzibile pe termen scurt, cu aceleași trăsături și soluții genetice identificate în mod frecvent.
Să luăm, de exemplu, un experiment pe termen lung, în care 12 populații independente ale bacteriei Escherichia coli, care au la origine o bacterie unică, au evoluat continuu începând cu 1988. Aceasta înseamnă, luând în calcul capacitatea de multiplicare a bacteriilor, peste 65.000 de generații de Escherichia coli. Pentru comparație, au existat doar 7.500-10.000 de generații ale Homo sapiens, de la apariția speciei noastre pe Pământ. Toate populațiile din acest experiment au arătat o adaptare superioară, o creștere mai rapidă și celule mai mari, comparativ cu strămoșul lor. Acest lucru sugerează că organismele au unele constrângeri privind modul în care acestea pot evolua.
Există forțe evolutive care mențin organismele pe o linie evoluționistă dreaptă și îngustă. Selecția naturală este „mâna călăuzitoare” a evoluției, care domnește în haosul mutațiilor aleatorii și care sprijină mutațiile benefice. Acest lucru înseamnă că multe schimbări genetice vor dispărea în timp, doar cele mai bune rezistând. Acest lucru poate duce, de asemenea, la aceleași soluții de supraviețuire la specii complet independente.
Găsim dovezi în acest sens în istoria evoluției, în care specii care nu sunt apropiate evolutiv, dar care trăiesc în medii similare, dezvoltă o trăsătură similară. De exemplu, pterosaurii (dispăruți) și păsările au dezvoltat atât aripi, cât și un cioc, dar nu dintr-un strămoș comun recent. Deci, în esență, aripile și ciocurile au evoluat de două ori, în paralel, ca urmare a presiunilor evolutive.
Dar arhitectura genetică este de asemenea importantă. Nu toate genele sunt create egale: unele au funcții mai importante în comparație cu altele. Genele sunt deseori organizate în rețele, comparabile cu circuitele, completate cu multiple comutatoare și „comutatoare master”. Mutațiile „comutatoarelor master” duc, în mod natural, la schimbări mult mai importante. Aceasta înseamnă că anumite secvențe ale genomului vor contribui la evoluție mai frecvent sau cu efecte mai importante decât altele.
Ce ne spun legile fizicii privind posibilitățile evoluției?
Dar ce putem spune despre legile naturii: favorizează acestea o evoluție previzibilă? La scară foarte mare, așa pare. Știm multe despre cum funcționează legile naturii care guvernează universul. Gravitația, de exemplu, căreia îi datorăm oceanele, densa atmosfera terestră și fuziunea nucleară din Soare - este o forță predictibilă. Teoriile lui Isaac Newton, bazate pe forțe deterministe la scară mare, pot fi, de asemenea, folosite pentru a descrie multe sisteme la scară mare. Acestea descriu universul ca fiind predictibil.
Dacă teoria lui Newton ar fi rămas neatinsă, evoluția oamenilor ar fi fost inevitabilă. Totuși, această predictibilitate reconfortantă a fost spulberată de descoperirea universului contradictoriu, dar fantastic, al mecanicii cuantice. La cea mai mică scară, a atomilor și particulelor fundamentale, multe evenimente sunt întâmplătoare - ceea ce înseamnă că lumea noastră ar fi impredictibilă la nivel fundamental.
Aceasta înseamnă că „regulile” generale ale evoluției ar rămâne aceleași, de câte ori am rula istoria evoluției. Întotdeauna ar exista un avantaj evoluționist pentru organismele care captează energia solară. Vor fi mereu oportunități pentru viețuitoarele care se folosesc de gazele abundente din atmosferă. Și de la aceste adaptări am putea observa în mod previzibil apariția ecosistemelor familiare. Dar în cele din urmă, aleatoriul, care este încorporat în numeroase procese evolutive, ne va anula capacitatea de a „vedea în viitor” cu precizie maximă.
Problema celor trei corpuri. Asemănarea cu evoluția vieții
Există o problemă în astronomie care acționează ca o analogie potrivită. În secolul al XVIII-lea un institut de matematică a oferit un premiu pentru rezolvarea „problemei celor trei corpuri”, implicând descrierea exactă a relației gravitaționale și a orbitelor rezultate ale Soarelui, Pământului și Lunii.
Câștigătorul, Joseph-Louis Lagrange, a demonstrat că problema nu poate fi rezolvată exact. La fel ca haosul introdus de mutațiile aleatorii, o mică eroare inițială va crește inevitabil, ceea ce înseamnă că nu putem determina cu ușurință locurile în care vor ajunge cele trei corpuri în viitor. Dar, ca element dominant, Soarele dictează orbitele tuturor celor trei - într-o bună măsură - permițându-ne să reducem plaja de poziții posibile ale corpurilor.
Acest lucru este asemănător cu „mâinile călăuzitoare” ale evoluției, care ghidează organismele pe rute evoluționiste familiare. S-ar putea să nu fim în totalitate siguri unde am ajunge dacă am reporni timpul de la un anumit moment din trecut, însă căile disponibile pentru organismele în evoluție sunt departe de a fi nelimitate. Așadar, poate că oamenii nu ar mai apărea, dar este posibil ca, indiferent de linia evolutivă pe care ar urma-o viața, lumea creată să pară un loc familiar.
Traducere și adaptare după Why humans (or something very similar) may have been destined to walk the Earth, de James S. Horton și Tiffany Taylor, University of Bath
