Stavite se u pripravnost — stotine milja udaljeno od obale Ekvadora, upravo na mjestu koje je nadahnulo Charlesa Darwina za njegovu temeljnu teoriju evolucije, jedna divlje rastuća vrsta izgleda kao da je pritisnula “rewind”.
Mali paradajz pronađen na Galapagosu, naučno nazvan Solanum pennellii, prvi je skrenuo pažnju istraživača 2024. tokom studije alkaloida — prirodnih spojeva koje biljke proizvode i koji mogu djelovati kao vlastiti pesticid. Dok su naučnici analizirali paradajze s različitih lokacija, primijetili su neobičnu pojavu: Solanum pennellii s mlađih zapadnih otoka arhipelaga proizvodio je spojeve koji se nisu vidjeli u paradajzima milionima godina, piše CNN.
Istraživači su zatim usporedili te neobične biljke sa uzorcima Solanum pennellii s starijih otoka. Otkrili su da paradajzi s istočnih otoka imaju moderni sistem odbrane, što implicira da zapadne, mlađe biljke nisu ostale “zapete” u evoluciji vrste — naprotiv, prikazuju mogući slučaj „obrnute evolucije“.
"Nije baš često vidjeti obrnutu evoluciju", kaže Adam Jozwiak, molekularni biohemičar sa University of California, Riverside, koji je bio dio tima koji je napravio ovo otkriće. Naučnici su svoja otkrića objavili u junu u časopisu Nature Communications.
"Mislimo da su možda uslovi u okolišu izvršili pritisak na ove paradajze da se vrate u izvorno, odnosno porodično stanje", rekao je Jozwiak, dodajući da nalaz "pokazuje da je priroda vrlo fleksibilna i da nije onako kako smo mislili — da sve ide samo naprijed".
Dok su plodovi zapadnih biljaka izgledali malo drugačije — s prljavo ljubičastom nijansom i tamnijim vinovim lozama umjesto uobičajenih svijetlih tonova — najveće razlike između njih i paradajza s istočnih otoka bile su na molekularnom nivou.
Analizirajući više od 30 uzoraka paradajza, naučnici su uočili da zapadni Solanum pennellii ima molekularni 'potpis' sličan patlidžanu, drugom članu porodice noćurka (Solanaceae) koji dijeli zajedničkog pretka. Dok su se moderni paradajzi evolucijom razvili tako da više ne proizvode alkaloide karakteristične za patlidžan, oni na zapadnim Galapagoskim otocima izgleda da su se ponovno razvili — ili 'de-evoluirali' — te sadrže ovaj drevni gen.
Proučavanjem ovih molekula i ispitivanjem zašto su paradajzi regresirali na drevne gene, naučnici bi mogli dizajnirati bolje usjeve za ishranu, snažnije pesticide ili čak lijekove, kaže Jozwiak. To bi također pomoglo razumjeti evoluciju kod raznih vrsta, uključujući i ljude — i da li je ona fleksibilnija nego što se ranije mislilo.
Oživljavanje drevnih obrana paradajza
Solanum pennellii potiče iz Južne Amerike i vjerovatno je stigao na Galapagos putem ptica koje su nosile sjeme prije 1 do 2 miliona godina, prije nego su se mlađi otoci formirali uslijed vulkanske aktivnosti, navodi Jozwiak. Iako stručnjaci nisu sigurni tačno kada su paradajzi stigli na mlađe otoke, evolucija biljke morala je da se dogodi u posljednjih oko pola miliona godina, budući da je otprilike tada nastao najmlađi otok, kaže on.
Na istočnim otocima okoliš je stabilniji i biološki raznovrsniji, dok mlađi otoci imaju pustu površinu i slabije razvijeno tlo. Toksični molekularni koktel paradajza koji nose drevne gene ne samo da pomaže biljkama da odbiju grabljivce, nego, kako Jozwiak pretpostavlja, može pomoći i korijenju da prikupi više hranjivih tvari ili ih eventualno zaštititi od bolesti.
Pri analizi paradajza istraživači su otkrili da je vrlo jednostavna promjena u sastavu aminokiselina uzrokovala da biljka regresira na porodične osobine. Zatim su genetski modificirali duhan na isti način kako bi promatrali proizvodnju tih drevnih spojeva i potvrdili kako proces funkcioniše.
No, potrebna su daljnja istraživanja da bi se shvatila korist ove transformacije — i zašto se uopće događa povratak, kaže Jozwiak.
Slučaj Solanum pennellii razjašnjava kako biljke razvijaju raznoliku hemiju pod različitim uslovima, kaže Anurag Agrawal, evolucijski ekolog i James A. Perkins profesor studija okoliša na Cornell Universityju u Ithaci, New York. Ipak, dodaje da ga ideja obrnute evolucije kod paradajza ne iznenađuje naročito.
"Većina evolucionih biologa ne bi doživljavala evoluciju isključivo kao proces koji ide naprijed; to je više proces dorade koji često pravi zaobilaznice i povrate", napisao je Agrawal u e-mailu.
On ukazuje na primjere poput gubitka očiju kod životinja koje žive u špiljama, gubitka sposobnosti letenja kod ptica koje su evoluirale iz letećih predaka — kao što su pingvini, noj i kiwi — te gubitka zadnjih udova kod vodenih sisara poput kitova, delfina i brancina, kada su njihovi četvoronožni preci ponovno krenuli u more.
Dalja istraživanja, uključujući eksperimente koji bi odredili vremenski okvir i uslove pod kojima su se paradajz biljke razvile u ovo porodično stanje, pomogla bi potvrditi šta je uzrokovalo regresiju.
Visoke koncentracije alkaloida nisu bezbjedne za ljude, što čini proučavanje tih spojeva i načina njihove kontrole vrijednim, kaže Jozwiak. No, zasad divlji paradajzi nemaju utjecaja na ljudsko zdravlje jer se ne uzgajaju za ljudsku potrošnju.
Jozwiak kaže da se nada da će se vratiti na otoke kako bi potražio odgovore na ova pitanja, kao i druge osobine koje bi potencijalno mogle biti pod utjecajem porodičnih molekula, poput interakcija biljaka s insektima i brzine njihovog razlaganja.
Izazov za zakon evolucije
Da neke vrste razvijaju specifične osobine za pojedine otoke nije ništa neobično. Darwin je zabilježio ovaj fenomen tokom rada na Galapagosu 1835., primjećujući, na primjer, da imaju različit oblik kljuna prilagođen izvorima hrane na različitim otocima.
Ipak, termin 'obrnuta evolucija' može biti kontroverzan u svijetu evolucione biologije, jer se evolucija obično ne smatra procesom koji ide unazad, kaže Jozwiak.
Nadalje, "pošto evolucija nema predodređeni cilj, donekle je problematično govoriti o ‘naprijed’ i ‘unazad’. Promjena je promjena", kaže Eric Haag, profesor biologije na University of Maryland u College Parku, u e-pošti. Haag nije bio uključen u studiju.
Haag se pozvao na pravilo u evolucijskoj biologiji poznato kao Dolloov zakon, koji kaže da kad se neka osobina izgubi u evoluciji, ona se neće ponovo vratiti istim putem. Na primjer, kitovi su jednom evoluirali iz kopnenih sisara, pa se milioni godina kasnije vratili u more, ali njihove su repne strukture drugačije i oni su i dalje morali disati zrak, objasnio je Haag.
Zbog toga, rad „predstavlja donekle izazov Dolloovom zakonu“, dodao je. „Izgleda da su specifične promjene aminokiselina… u galapagoskoj vrsti neke od istih koje se nalaze kod daljih predaka. Konvergencija na tom nivou je sigurno interesantna.“
No situacija je komplikovana, primijetio je Haag, jer se čini da paradajzi ipak imaju neke razlike u odnosu na svoje pra-protoke — paradajzi na mlađim otocima koji su povratili porodični gen proizvodili su i moderne alkaloide i drevne. Potrebna su dodatna istraživanja da bi se razumjelo šta se stvarno dešava i da li je prirodna selekcija favorizirala porodične mutacije, rekao je.
Iako Jozwiak ne proučava ljude, on kaže da gledanje evolucije kao fleksibilnije može omogućiti naučnicima da uoče druge vrste u kojima se to možda događa — i može istražiti mogućnost da se ljudi jednog dana „obrnuto evoluiraju“, odnosno s vremenom povrate porodične gene.
Koncepcija je slična rijetkim slučajevima ljudi rođenih s rudimentarnim repom, osobinom koja je viđena kod primatskih predaka prije više od 25 miliona godina, kaže Brian Hall, emeritus istraživački profesor evolucione ćelijske biologije na Dalhousie University u Halifaxu, Kanada. Ono što ostaje su kosti repa koje imaju sposobnost da proizvedu više, rekao je.
Međutim, termin obrnuta evolucija je „besmislen“ zato što implicira da smo se vratili u porodično stanje, što je očigledno nemoguće, rekao je Hall CNN-u u e-pošti. On to izjednačava s više „zadržavanjem evolutivnog potencijala“. To se također vidi kod konja koji danas imaju jednu kopitu, ali se ponekad rode s tri, kao njihovi preci, naglasio je.
„Ono što je izgubljeno kod modernih konja su tri prsta. Ono što je zadržano od predaka je potencijal za formiranje tri prsta,“ dodao je Hall.
S druge strane, Beth Shapiro, profesorica ekologije i evolucione biologije na University of California, Santa Cruz, kaže da joj se termin sviđa kao način da više ljudi zainteresira za koncept evolucije.
„To je jednostavno antropocentričan, a ne čisto naučni način govora o tome. Evolucija nije usmjerena; ona je slučajna,“ napisala je Shapiro u e-pošti. „Kako vrijeme prolazi, evolucija se nastavlja — i ponekad to znači da varijante gena koje više nisu česte opet postanu česte. Ali to je samo evolucija.“
Iako koncept da evolucija „može ići u bilo kojem smjeru“ nije lako prihvaćen od strane nekih naučnika, Jozwiak kaže da je i dalje važna tema vrijedna daljnjeg proučavanja.
„Evolucija je uvijek bila na neki način nametnuta uslovima u okolišu, konkurencijom,“ dodao je. „Bilo bi lijepo pokazati da su osobine koje su vrste imale u prošlosti bile savršene za tu prošlu situaciju, i ako se ti uslovi sada promijene, možemo se vratiti toj osobini koju smo nekada imali, ili koju su imale druge vrste.“