Rozdział 1
Geniusz Krainy Liliputów
Zoolodzy zaangażowali się w tak skrajne zaprzeczanie motywacjom i celowemu zachowaniu, a nawet świadomości i złożonym zdolnościom intelektualnym zwierząt, że do niedawna nie poszukiwano ani nawet nie stawiano hipotez na temat odpowiadających za nie mechanizmów. Możliwe, że obecnie jest to największa luka konceptualna w etologii ewolucyjnej[1].Mary Jane West-Eberhard
W Krainie Liliputów tkwi geniusz. Nie mówię o Krainie Liliputów Jonathana Swifta, czyli fikcyjnej wyspie zamieszkanej przez drobne, piętnastocentymetrowe ludziki. Mówię o lilipucim świecie ptaków i pszczół, termitów, mrówek i motyli. Tkwi w nim tajemniczy geniusz - szczególnie dotyczy to bystrych owadów. Ich mózgi są wielkości ziarnka sezamu lub jeszcze mniejsze, a jednak te owady mogą się poszczycić niezwykłymi umysłowymi osiągnięciami.
Pszczoły miodne żyją w złożonych społecznościach z kastowym podziałem pracy. Każda z pszczół zna przynależną jej funkcję i wykonuje wiążące się z nią obowiązki. Ponadto pszczoły posiadają specjalistyczne umiejętności nawigacyjne i komunikacyjne, które pomagają im szukać pożywienia i znajdować nowe miejsca dla uli. Jest to możliwe, mimo że pszczeli mózg zawiera tylko jedną tysięczną jednego procenta liczby neuronów mózgowia człowieka.
Coroczna trasa migracji danaidów wędrownych[2] liczy od 3219 do 4828 kilometrów, dzielących Kanadę i Meksyk. Cała podróż zajmuje życie nawet trzech pokoleń motyli, co sugeruje, że znajomość trasy migracji jest wrodzona, a nie nabyta. Każde pokolenie danaidów ma wyraźny cel na przypadający mu odcinek rocznej migracji. Ich nawigacja jest tak dokładna, że często spędzają zimę w Meksyku na tym samym drzewie, co ich przodkowie.
Jedwabne pajęczyny mają kilka wyjątkowych, trudnych do powielenia przez naukowców cech, takich jak wytrzymałość i elastyczność. Na uwagę zasługuje również zachowanie przędących sieci pająków. Kształt projektowanych przez nie pajęczyn jest elegancki i znakomicie funkcjonalny. W wypadku uszkodzenia części sieci, pająk niezwłocznie zabiera się do odnawiania jej pierwotnego układu. Sieci pełnią funkcję pułapek, a także zwiększają zdolność pająków do odnajdowania złapanych ofiar. Dzięki wyczuwanym w sieci przez ich odnóża wibracjom pająki potrafią dokładnie zlokalizować zdobycz nawet w ciemności.
Niektóre gatunki termitów konstruują gniazda podziwiane przez architektów, inżynierów i artystów. Gniazda te mogą mierzyć ponad sześć metrów wysokości i zwykle zawierają komnatę królewską, żłobki, ogrody, składowiska odpadów, studnię i system wentylacji, który obniża temperaturę i usuwa dwutlenek węgla.
Dorosłe osy żywią się nektarem, lecz polują na inne owady, aby zapewnić pożywienie swoim larwom. Poszczególne gatunki os polują na różne owady, w tym pszczoły miodne, żuki, tarantule i cykady. Lecz najbardziej niesamowite wrażenie wywiera paraliżowanie schwytanych przez osy ofiar[3]. Umiejscowienie zwoju nerwowego, w który musi być wstrzyknięta paraliżująca neurotoksyna, różni się u wszystkich gatunków ofiar[4]. Na przykład osa polująca na pszczoły miodne "wkłuwa swoje żądło dokładnie między dwie odrębne tarczki na dolnej stronie szyi pszczoły, unieruchamiając ją, lecz jej nie zabijając"[5].
Ilustracja 1.1. Danaidy wędrowne (Gene Nieminen, Wikimedia Commons).
Badania potwierdziły, że rozpoznawanie ofiar to umiejętność wrodzona, a wymagające precyzji i dokładności żądlenie jest kontrolowane przez program ruchu - wiele podprocedur ułożonych w konkretną sekwencję, która umożliwia wykonanie danego ruchu czy zadania. Nie jest to zresztą byle jaki program. Aby to pojąć, wyobraźmy sobie oprogramowanie potrzebne do umożliwienia zaawansowanemu mikrodronowi podanie neurotoksyny w precyzyjnie określoną okolicę pszczoły miodnej w celu jej unieruchomienia. Rozważając złożoność i ewolucję tego zachowania os, Jerry Fodor i Massimo Piattelli-Palmarini dochodzą do wniosku, że "Tego rodzaju złożone, sekwencyjne, ściśle zaprogramowane zachowanie może prowadzić do wielu potencjalnych błędów na każdym z kolejnych etapów. [...] Nie da się wyjaśnić tak skomplikowanych, wrodzonych programów behawioralnych (sieci pająków czy schematów żerowania pszczół) przez optymalizację czynników fizykochemicznych czy geometrycznych"[6].
Wymienione tu przykłady wrodzonych lub zaprogramowanych zachowań to tylko niektóre z licznych takich przypadków obserwowanych w królestwie zwierząt. Zaskakujące jest, że w wielu przypadkach zachowania zwierząt powszechnie uznawanych za prymitywne są równie złożone, jak zachowania zwierząt bardziej rozwiniętych, w tym ssaków. Istotnie, nie ma korelacji pomiędzy zdolnościami poznawczymi zwierząt a wykazywaniem przez nie skomplikowanych, najwyraźniej wrodzonych zachowań. Być może tę kwestię wyjaśnia to, że takie zachowania zwierząt są zaprogramowane, a zatem wrodzone, więc ich wykonywanie nie wymaga znacznych zdolności poznawczych, za to wymaga specyficznych "obwodów" nerwowych kontrolujących te zachowania - dosyć skomplikowanych, lecz najwyraźniej niedużych mózgów.
Bogate opisy tych zachowań można znaleźć wszędzie, od programów telewizyjnych National Geographic po naukowe książki i artykuły. Książka Geniusz ptaków[7] Jennifer Ackerman i artykuł The Amazing Mini-Brain: Lessons from a Honey Bee [Niesamowity minimózg. Lekcje od pszczoły][8] Martina Giurfy to tylko dwa przykłady spośród wielu, które można by przytoczyć. Niektóre występujące w królestwie zwierząt złożone zachowania wrodzone wprawiają świat nauki w osłupienie.
Ze względu na ich nieznane pochodzenie, wiele z tych zachowań wciąż opisuje się jako enigmatyczne bądź tajemnicze. Dlatego widuje się książki zatytułowane The Mystery of Migration [Tajemnica migracji][9] czy też Nature's Compass: The Mystery of Animal Navigation [Kompas natury. Tajemnica nawigacji zwierząt][10].
W książce O powstawaniu gatunków dziewiętnastowieczny przyrodnik Karol Darwin przedstawił rewolucyjną tezę o wspólnocie pochodzenia i stopniowej ewolucji. Nie sposób krytykować Darwina za nieśmiałość. Obstawał przy swojej tezie na każdym kroku. Lecz nawet on przyznał w swojej pracy, że wiele instynktów jest "tak dziwnych, że ich rozwój wyda się prawdopodobnie czytelnikowi trudnością wystarczającą do obalenia całej mojej teorii"[11]. Niezrażony tym Darwin twierdził, że instynkty są niezbędnym elementem jego teorii oraz że podobnie jak ogromna różnorodność form biologicznych, rozwinęły się one drogą stopniowej ewolucji. Jak pisał, "nie widzę żadnej trudności w tym, że naturalna selekcja, zachowując i nieustannie gromadząc zmiany w instynktach, może doprowadzić je do dowolnego stopnia użyteczności. [...] W taki sposób powstały, jak sądzę, wszystkie skomplikowane i zadziwiające instynkty. Żaden złożony instynkt nie może powstać drogą naturalnej selekcji inaczej niż przez drobne i stopniowe nagromadzenie wielu małych, lecz korzystnych zmian [...]. Zasada Natura non facit saltum da się zastosować zarówno do instynktów, jak i do budowy ciała"[12].
Co ciekawe, Darwin wykreślił ostatnie zdanie z kolejnych wydań O powstawaniu gatunków, chociaż pozostał wierny idei, którą wyrażało. Głównym celem tej książki jest odpowiedź na pytanie, czy w świetle aktualnych danych naukowych darwinowskie twierdzenie o pochodzeniu złożonych instynktów wytrzymuje próbę czasu. Czy nagromadzone przez minione 160 lat dane naukowe świadczą na korzyść tej koncepcji choćby w ogólnym zarysie? Jeśli nie, to czy istnieje lepsze wyjaśnienie - zaczerpnięte z rozszerzonej syntezy ewolucyjnej[13] bądź wykraczające poza ten paradygmat? Oto jest główna kwestia rozważana w tej książce.
Złożone zaprogramowane zachowania spotyka się w całym królestwie zwierząt. Tutaj skupimy się jednak na mniej rozwiniętych zwierzętach, ponieważ zwierzęta bardziej rozwinięte, na przykład ssaki naczelne, mają znaczne zdolności poznawcze, a więc wykazują zarówno zachowania zaprogramowane, jak i nabyte. W takich przypadkach nie zawsze łatwo jest rozróżnić te dwa rodzaje zachowań. Łatwiej poczynić to rozróżnienie u mniej zaawansowanych zwierząt, takich jak pszczoły i motyle.
Wyjaśnienie pochodzenia tych zaprogramowanych zachowań zwierząt z ewolucyjnego punktu widzenia jest wyzwaniem, ponieważ często są one dość złożone, a ponadto prawdopodobnie warunkowane przez niezwykle skomplikowane mechanizmy neurologiczne. Zachowania zwierząt są uderzająco zróżnicowane, można śmiało twierdzić, że równie zróżnicowane, jak oszałamiające bogactwo cech fizycznych spotykanych w królestwie zwierząt. Nie oznacza to, że nie da się wyjaśnić tych zachowań. Oznacza jednak, że trzeba czegoś więcej niż błahych "takich sobie bajeczek" dla przyczynowo odpowiedniego wyjaśnienia ich ewolucji.
Dodatkową trudnością jest to, że zachowania zwierząt pozostawiają po sobie stosunkowo mało śladów w zapisie kopalnym. Niezależnie od przyczyny we współczesnej biologii pochodzenie zachowań zwierząt nie zostało zbadane ani poddane dyskusji w tym samym stopniu, co ich fizjologia i genetyka. To wielka szkoda, bo zachowanie jest jedną z najciekawszych cech zwierząt.
Temu tematowi warto poświęcić więcej uwagi także dlatego, że w niektórych przypadkach zachowanie zwierząt jest zasadniczym elementem teorii ewolucji. Ernst Mayr, czołowy teoretyk ewolucjonista XX wieku, uważał, że zmiana w zachowaniu to kluczowy czynnik inicjujący innowacje ewolucyjne[14]. Mayr twierdził, że "behawioralne zmiany grały rolę w większości innowacji ewolucyjnych, stąd powiedzenie "zachowanie jest wyznacznikiem ewolucji""[15]. Zatem przedmiot ten wręcz domaga się dalszych badań.
Aby zobaczyć, czy któreś z konkurujących hipotetycznych wyjaśnień zachowania zwierząt, w tym neodarwinizm, wydaje się adekwatne przyczynowo, przyjrzymy się kilku rodzajom złożonych zaprogramowanych zachowań w królestwie zwierząt oraz poddamy ocenie nagromadzone dane naukowe w świetle tych hipotez. W tym celu wykorzystamy metodę powszechnie stosowaną w naukach historycznych, znaną jako wnioskowanie do najlepszego wyjaśnienia.
Od Arystotelesa do Darwina
Historia badań zwierząt i ich zachowania sięga starożytności. Żyjący w V wieku p.n.e. filozof Empedokles zaproponował wyjaśnienie pochodzenia zwierząt, które stanowiło zapowiedź darwinowskiej idei ewolucji drogą naturalnej selekcji (chociaż w przeciwieństwie do Darwina Empedokles nie kładł nacisku na gradualizm). W tym samym wieku greccy atomiści Leucyp i Demokryt wysunęli czysto materialistyczną, uwzględniającą czynnik ewolucyjny i pozbawioną pojęcia celowości koncepcję życia i Wszechświata. Lecz człowiek, którego opinie miały zdominować myślenie cywilizacji zachodniej na jakieś dwa tysiąclecia, patrzył na to zagadnienie zupełnie inaczej. Uważany za ojca biologii Arystoteles (384-322 p.n.e.) badał i opisywał zachowanie różnych zwierząt. W traktacie O ruchu zwierząt napisał: "Na wstępie naszych badań musimy przyjąć pewne założenia, którymi zwykliśmy się posługiwać w badaniach przyrodniczych. Mianowicie musimy uznać, że sprawdzają się one w ten sam sposób we wszystkich dziełach Natury. Otóż jednym z tych założeń jest zasada: Natura nie tworzy niczego na próżno"[16].
Zatem w przeciwieństwie do atomistów Arystoteles patrzył na zwierzęta i ich zachowanie z perspektywy teleologicznej, przyjmując, że zachowania mają określone funkcje i cele. To może się wydawać zdroworozsądkowe - i być może właśnie dlatego ten pogląd zdominował świat Zachodu na dwa tysiąclecia. Jednak jak się wkrótce przekonamy, stanowisko Arystotelesa w tej sprawie wypadło z łask w epoce nowożytnej.
Koncepcja, zgodnie z którą gatunki pozostają w stanie niezmienionym od czasu ich powstania, niepodzielnie panowała w biologii do XVIII wieku. Odszedł od niej Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829), proponując teorię ewolucji, w której podjął się wyjaśnienia pochodzenia zachowań zwierząt. Jego Filozofia zoologii (pierwotnie opublikowana w roku urodzenia Darwina - 1809) to pierwsza znacząca próba opracowania całościowej teorii wspólnoty pochodzenia wszystkich organizmów żywych od prymitywnych przodków.
Głównym założeniem jego teorii było, że organizmy mają wrodzoną tendencję do ewoluowania w kierunku rosnącej złożoności. Jednakże Lamarck wyróżnił się dzięki drugiemu założeniu jego teorii: dziedziczeniu cech nabytych. Przyjmował, że siłą napędową dziedziczenia cech nabytych jest środowisko. Pisał, że "Środowisko wpływa na kształt i uorganizowanie zwierząt, czyli że zmieniające się znacznie środowisko wywołuje z czasem odpowiednie modyfikacje zarówno kształtu, jak i samej organizacji zwierząt"[17]. Podkreślał, że jest to raczej wpływ pośredni niż bezpośrednia modyfikacja. Tak stanowiło pierwsze prawo Lamarcka. Drugie prawo mówiło, że te nabyte cechy są dziedziczone przez potomstwo zwierzęcia. Lamarck uważał, że to zmiana w zachowaniu wywołuje późniejsze zmiany fizyczne[18].
Powoływał się na kilka przykładów ewolucji, które według niego dowodziły słuszności teorii dziedziczenia cech nabytych. Jeden z przykładów dotyczył wydłużania się języków mrówkojadów, dzięciołów zielonych i kolibrów[19]. Kolejnym przytoczonym przez niego przykładem był wzrost żyraf, których zwyczaj żerowania na drzewach rzekomo wydłużył ich szyje i nogi, aby mogły sięgać wyżej[20]. Teoria Lamarcka cieszyła się dużą popularnością na początku XVIII wieku. Jednak pod koniec XIX wieku August Weismann przeprowadził doświadczenie polegające na obcinaniu ogonów kilku kolejnym pokoleniom myszy. Zgodnie z lamarkizmem należałoby oczekiwać, że z biegiem czasu potomne pokolenia myszy będą się rodziły z coraz krótszymi ogonami. Jednak tak się nie stało. To i kolejne doświadczenia o bardziej rozstrzygającym charakterze doprowadziły do odrzucenia lamarkizmu. Jednak często pomija się to, że postulowana przez Lamarcka koncepcja zachowania zwierząt jako siły napędowej ewolucji nowych cech fizycznych stała się istotnym elementem darwinowskiej teorii ewolucji.
W rzeczy samej wpływ Lamarcka na Darwina nie ograniczał się tylko do tej kwestii. Cytując historyka nauki Petera Bowlera: "Dożywotnie przywiązanie Darwina do teorii mieszanego dziedziczenia (mieszania się cech pokolenia rodzicielskiego)[21] i w niewielkim zakresie do lamarkizmu było integralną częścią jego światopoglądu"[22]. To przekonanie znajdowało odzwierciedlenie w jego wyjaśnieniach pochodzenia cech fizycznych i zachowania. Podobnie jak Lamarck, Darwin uważał, że zwyczaje zwierząt wywierają wpływ na ich fizjologię, a powstałe zmiany fizjologiczne mogą być dziedziczone przez potomstwo. Powoływał się na kilka przykładów, w tym na zwisające uszy niektórych zwierząt domowych[23] oraz ptaki nieloty na wyspach, na których nie ma drapieżników[24]. Darwin podsumował swój sposób myślenia o używaniu i nieużywaniu narządów następująco: "W ogólności możemy wnioskować, że przyzwyczajenie używania lub nieużywania w niektórych wypadkach odegrało ważną rolę w modyfikowaniu konstytucji i budowy różnych organów, często jednak skutek jego łączył się, a niekiedy podporządkowywał naturalnej selekcji zmian wrodzonych"[25].
Formułując definicję koncepcji instynktu, Darwin napisał, że kiedy czynność wykonuje zwierzę, "zwłaszcza bardzo młode, bez żadnego doświadczenia i przy tym wykonywana jest przez wiele osobników w taki sam sposób, bez żadnej znajomości celu - to czynność taką nazywamy zwykle instynktowną"[26]. Darwin uważał też, że instynkty są porównywalne do przyzwyczajeń. Stosował koncepcję używania i nieużywania do instynktów związanych z zachowaniem, pisząc: "nie ma żadnego nieprawdopodobieństwa w przypuszczeniu, że w zmieniających się warunkach życia naturalna selekcja może gromadzić w pewnym zakresie niewielkie zmiany w instynkcie będące w jakikolwiek sposób użyteczne. Prawdopodobnie w niektórych wypadkach wchodzą również w grę przyzwyczajenia oraz używanie i nieużywanie narządów"[27].
Ponownie zwracając uwagę czytelnika na kwestię zwierząt udomowionych, Darwin podał przykłady zmian w ich zachowaniu pod wpływem dokonywanej przez ludzi selekcji w kierunku konkretnych zachowań[28]. Chociaż zakładał, że przyzwyczajenia mogą być dziedziczone, zdawał sobie sprawę z ograniczeń stosowania zasady zmienności i naturalnej selekcji do pewnych zachowań. Napisał: "Można wyraźnie wykazać, że najdziwniejsze ze wszystkich instynktów, a mianowicie instynkty pszczoły i wielu mrówek, nie mogły powstać w ten sposób"[29].
Darwin rozpoznawał fundamentalną różnicę między złożonymi zachowaniami zwierząt a umiejętnościami ludzi, nabywanymi głównie poprzez uczenie się. Jak sam stwierdził, "człowiek nie może przy pierwszej próbie wykonać na przykład topora kamiennego lub czółna... Musi się on nauczyć wykonywania tej pracy przez praktykę, natomiast bóbr, który buduje swą tamę czy kanał, jak również ptak budujący swoje gniazdo lub pająk tkający swoją cudowną sieć mogą wykonać te czynności od pierwszego razu tak samo dobrze lub prawie równie dobrze, jak wówczas, kiedy są stare i doświadczone"[30].
Darwin nie wiedział nic o genach ani mutacjach genetycznych. Jednak kiedy naukowcy zaczęli poznawać tajemnicę genetyki, ich spostrzeżenia włączono w darwinizm i ostatecznie ochrzczono współczesną syntezą ewolucyjną[31], a nazwę tę ukuł wnuk darwinisty Thomasa Henry'ego Huxleya, Julian Huxley, w wydanej w 1942 roku książce Evolution: The Modern Synthesis. Ta unowocześniona postać darwinizmu powstała na podstawie prac kilku naukowców z różnych dyscyplin, w tym zoologa Ernsta Mayra, genetyków Theodosiusa Dobzhansky'ego, Ronalda Fishera, Thomasa Hunta Morgana, Johna Burdona Sandersona Haldane'a i paleontologa George'a Gaylorda Simpsona[32].
Obecnie dominujący, ustanowiony przez współczesną syntezę pogląd zwykle nazywa się neodarwinizmem. Podstawowe założenie neodarwinizmu głosi, że ewolucja opiera się głównie na losowych mutacjach genetycznych i naturalnej selekcji[33]. Synteza jest jednak bardziej skomplikowana, ponieważ ewolucję umożliwia wiele mechanizmów. Należą do nich między innymi: mutacje genetyczne, rekombinacja genetyczna, duplikacja genów, dryf genetyczny, efekt założyciela czy efekt wąskiego gardła. Cechą wspólną wszystkich tych mechanizmów jest to, że dotyczą pojedynczych genów.
Biolog ewolucyjny Michael Lynch przyporządkował te mechanizmy czterem podstawowym siłom ewolucyjnym: naturalnej selekcji, mutacjom, rekombinacji i dryfowi genetycznemu. Napisał: "Biorąc pod uwagę 100 lat poświęconych nauce ewolucji, rozsądny jest wniosek, że te cztery szerokie kategorie obejmują wszystkie podstawowe siły ewolucyjne"[34]. Wyjaśnił, że ewolucję należy rozumieć szerzej niż tylko jako naturalną selekcję i adaptację. Pozostałe siły ewolucyjne mają charakter "nieadaptacyjny, co oznacza, że nie są funkcją właściwości przystosowawczych osobników"[35].
Powyższe stanowi najbardziej skrótowe podsumowanie współczesnej teorii ewolucji, obecnie rozszerzonej o wiele twórczych uzupełnień i sugerowanych modyfikacji. W dalszej części książki przyjrzymy się niektórym z proponowanych mechanizmów pomocniczych zaangażowanych w ewolucję złożonych zachowań zaprogramowanych. Lecz nawet dzisiaj wielu biologów uważa naturalną selekcję i losowe mutacje genetyczne za bliźniacze filary teorii ewolucji, dlatego poświęcimy trochę czasu, żeby wyjaśnić te pojęcia nieco lepiej.
Z grubsza rzecz ujmując, naturalna selekcja to przeżywanie najlepiej przystosowanego. Jeżeli potomstwo posiada losową mutację genetyczną, która sprawia, że jest nieco szybsze lub bystrzejsze, i jeżeli dana mutacja zwiększa jego szanse na przeżycie i reprodukcję, to istnieje większe prawdopodobieństwo, że natura utrwali tę mutację w kolejnym pokoleniu potomnym - drogą naturalnej selekcji. Według zwolenników neodarwinizmu, w ciągu setek milionów lat historii ewolucji długi ciąg losowych mutacji przesianych przez sito naturalnej selekcji doprowadził do powstania nowych form pochodzących od jednego lub kilku pierwotnych organizmów jednokomórkowych. Jak już wiemy, Darwin nie czynił wyjątku dla złożonych zachowań zaprogramowanych, które nazywał instynktami. On i jego następcy twierdzili, że także te zachowania można uznać za efekt synergistycznego działania szeroko rozumianej zmienności losowej i naturalnej selekcji.
Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki
