„Ewolucja wciąż może nas zaskoczyć” – mówi doktor Agnieszka Żelaźniewicz, biolożka, specjalistka od medycyny ewolucyjnej

– Są badania, które pokazują, że przechorowanie covidu, np. u kobiety w ciąży może mieć wpływ na rozwój zarodka, jego układ immunologiczny, a więc na przyszłe pokolenia. Ale tego jeszcze nie wiemy. To, jak będą wyglądać przyszłe pokolenia, zależy od tych, którzy mają dzieci – mówi doktor Agnieszka Żelaźniewicz, biolożka, specjalistka od medycyny ewolucyjnej z Zakładu Biologii Człowieka na Uniwersytecie Wrocławskim.

Monika Głuska-Durenkamp: Czy ewolucja człowieka wciąż trwa?

dr Agnieszka Żelaźniewicz: Oczywiście, ale obserwowanie przebiegu ewolucji „tu i teraz” jest raczej trudne, szczególnie w przypadku takiego gatunku jak człowiek. Ewolucja oznacza po prostu zmianę w puli genów populacji w ciągu kolejnych pokoleń. U nas pokolenie zajmuje około 25 lat, a żyjemy 60-80 lat. Porównując nas przykładowo do wirusa SARS-COV-2, który rozmnaża się dużo szybciej i zdążył zmutować już parokrotnie w ciągu ostatnich czterech lat, to nasza ewolucja toczy się dużo wolniej. Ale jeżeli spojrzymy tylko na zmiany w genach u człowieka, badania sugerują, że nasza ewolucja i tak zachodzi w dość zawrotnym tempie.

Jak zaczynają się takie ewolucyjne zmiany?

Czasem zaczynają się od pojedynczej mutacji w genach człowieka, czasem od bardziej złożonych mutacji wielogenowych, które przełożą się na jakąś zmianę fenotypu, która potem może podlegać selekcji. Wiele cech warunkowanych jest wielogenowo i selekcja takich złożonych zmian może trwać dużo dłużej.

Jeśli ewolucyjna zmiana jest korzystna dla człowieka, to szybko rozprzestrzenia się w całej populacji. Czy tak działa ten mechanizm?

Bardzo wiele zmian w genach nie przekłada się, ani na lepszą, ani na gorszą funkcjonalność człowieka i czasem wcale nie przynosi nam korzyści… Ale rzeczywiście, gdy mutacja niesie ze sobą niesłychane korzyści dla przeżycia lub płodności, rozprzestrzenia się dość szybko. Sztandarowym przykładem jest mutacja, która pozwoliła nam trawić mleko w dorosłym wieku. Pojawiła się ona około 8 tysięcy lat temu i bardzo szybko rozprzestrzeniła się w populacjach, które udomowiły zwierzęta mleczne. Wcześniej, tak jak u innych ssaków, zdolność do trawienia laktozy traciliśmy w dzieciństwie po odstawieniu od piersi. Pojawienie się tej mutacji znacznie zwiększyło szanse przeżycia u takich osobników. Dodała do naszej diety bardzo wartościowy pokarm, kaloryczny i z dużą zawartością wapnia. Mogło to być szczególnie ważne na północnych obszarach Europy, na terenach, gdzie było mniej słońca i tym samym mieliśmy mniej witaminy D, która jest ważna dla wchłaniania wapnia.

Agnieszka Żelaźniewicz /fot. archiwum prywatne

Co to jest dryf genetyczny i czy w dalszym ciągu wpływa na ludzki gatunek?

To proces, który zachodzi w wyniku losowych zmian częstości genów w kolejnych pokoleniach, które nie mają znaczenia z punktu widzenia adaptacji, czyli nie sprzyjają przeżyciu, czy większej płodności. Miał on bardzo duże znaczenie w naszej ewolucji. Jednak ten proces łatwiej dostrzega się w mniejszych populacjach, więc u współczesnych ludzi może być ograniczony przez swobodny przepływ genów, wynikający z właściwie nieograniczonej możliwości migracji, czy przemieszczania się między populacjami. Łatwiej nam dostrzec zmiany niosące z sobą adaptację, choć i tu tempo pojawiania się zmian może się różnić w zależności od populacji i presji środowiska. Nasz świat to przecież nie tylko kraje rozwinięte, ale też mniejsze populacje, biedniejsze, o niższej dostępności opieki medycznej, żyjące na obszarach, na których mamy dużą presję patogenów. Dzięki ewolucji ludzie zyskują odporność na różne choroby, na przykład na malarię. Badania wykazały, że w rejonach o wysokim zagrożeniu malarią pojawiły się geny związane z mutacją białka, które znajduje się na powierzchni erytrocytów. Pierwotniaki wywołujące malarię wykorzystywały te białka do wniknięcia do erytrocytów, a mutacja znacznie ogranicza tę możliwość. Na podstawie badań z Wysp Zielonego Przylądka wiemy, że ta zmiana genów zajęła około 20 pokoleń, to bardzo szybkie tempo. Doniesienie naukowe pokazują, że pojawiają się też zmiany, które chronią przed wirusem HIV i zachorowaniem na AIDS.

Czyli w miejscach, w których jest większa ilość patogenów możemy spodziewać się większych śladów w naszym genomie?

Tak, ale patogeny, m.in. wirusy, też szybko się zmieniają. Mówi się, że w tym naszym wyścigu zbrojeń zastosowanie ma zasada Czerwonej Królowej z książki Lewisa Carrolla „Po drugiej stronie lustra”. Czerwona Królowa mówiła do Alicji: „Trzeba biec, ile sił, żeby utrzymać się w tym samym miejscu”. Przykładem takiej walki jest koronawirus, który potrafi się coraz szybciej namnażać w organizmie i zarażać we wcześniejszym etapie cyklu rozwojowego, co umożliwia mu szybsze rozprzestrzenianie w populacji. Z kolei nasza adaptacja do funkcjonowania w środowisku z wysoką presją patogenów w przeszłości, może dziś wiązać się też ze zwiększonym ryzykiem chorób autoimmunologicznych, czy alergii. Tzw. hipoteza „starych przyjaciół” zakłada, że ponieważ ewoluowaliśmy w towarzystwie licznych patogenów, wysoka higienizacja naszego życia i brak ekspozycji na te patogeny w obecnych czasach może się wiązać z nieprawidłowościami rozwoju układu odpornościowego. To też częste zjawisko w ewolucji, pojawiają się zmiany, które przynoszą nam korzyść w jednej dziedzinie, ale jednocześnie mogą się wiązać z jakimś zdrowotnym kosztem. Badania wskazują, że wspomniana mutacja zwiększająca odporność na malarię niesie jednocześnie większe ryzyko raka prostaty.

Nasze genomy to prawdziwe skarbnice dawnych światów, naszych prapradziadków…

Nasz genetyczny bagaż jest wielki, niesiemy w nim ślady historii dawnych pokoleń, zmian środowiskowych, diety, plag, które nas nawiedzały. Ewolucja współgra z cywilizacją. Około 10 tysięcy lat temu porzuciliśmy łowiecko-zbieracki tryb życia i zmieniliśmy go na rolniczo-pasterski. Rozwinęło się rolnictwo i hodowla zwierząt, a człowiek dokonał wielkiego skoku kulturowego i społecznego. Dzięki rolnictwu i hodowli zwierząt zyskaliśmy zdolność trawienia nie tylko wspomnianego już krowiego mleka, ale i rozprzestrzeniła się mutacja ułatwiająca trawienie skrobi. W ten sposób zyskaliśmy dwa dodatkowe źródła pożywienia, kluczowe z punktu widzenia współczesnego człowieka.

Z czym wiązało się zasiedlanie nowych miejsc, środowisk?

Głównie z adaptacją do różnych warunków środowiskowych w tym klimatycznych. W ciągu ostatnich kilkunastu tysięcy lat w Europie obserwowaliśmy depigmentację skóry. To genetyczny spadek po pradziadkach, którzy zaadaptowali się do życia na obszarze Europy, gdzie mamy mniejszą ekspozycję na słońce. W Tybecie można zaobserwować mutacje genów, które pozwoliły przystosować się do obniżonego ciśnienia parcjalnego tlenu panującego na dużych wysokościach. Aborygeni z kolei posiadają niższe poziomy tyroksyny, hormonu, który między innymi reguluje gospodarkę energetyczną, które sprawiają, że łatwiej znoszą wysokie temperatury.

Spotkałam się z teorią, która mówi, że autyzm to ewolucyjne przystosowanie się do obecnych warunków życia, dlatego osób w spektrum autyzmu rodzi się coraz więcej. Co pani doktor o tym sądzi?

Raczej nie. Bez wątpienia dziś dużo częściej diagnozuje się osoby z autyzmem i w jego spektrum. Ale to też może być efekt większej świadomości, wiedzy o takich zaburzeniach, a także rozszerzenia kryteriów diagnostyki. Część badań wskazuje, że autyzm ma podłoże genetyczne, ale też ważne są czynniki środowiskowe, które również mogą odpowiadać za większą częstość występowania autyzmu: zanieczyszczenie powietrza, cukrzyca ciążowa, nadciśnienie, czy starszy wiek matek rodzących dzieci. Naukowcy zajmujący się ewolucyjnym podłożem chorób sugerują, że nie ma biologicznej presji na usuwanie genów związanych z autyzmem, bo niektóre cechy tych zaburzeń są dla nas korzystne. To np. systematyczne myślenie, większa inteligencja, czyli może się wydawać, że to fenotyp stworzony pod nasze czasy. Ale autyzm łączy się też z pewnymi ograniczeniami, choćby trudnościami w odnalezieniu się w społeczeństwie, czyli według ewolucji nie przynosi populacji większych korzyści tak społecznemu gatunkowi, jakim jest człowiek.

Dziś mówi się o epidemii otyłości, czy jest gen otyłości, który zmutował w wyniku ewolucji?

Nie ma takiego genu. Otyłość ma bardzo złożoną etiologię. Tu oddziałują złożone czynniki genetyczne, międzypokoleniowe, ale i środowiskowe, w tym dieta i niska aktywność fizyczna. Duże znaczenie mają też czynniki działające w trakcie naszego rozwoju, jak na przykład nasza dieta w ciągu pierwszego roku życia. Wtedy właśnie rozwija się tkanka tłuszczowa a jej nadmiar u niemowląt znacząco zwiększa ryzyko otyłości w dorosłym wieku. Karmienie niemowląt sztucznym mlekiem może przyczyniać się do rozwoju otyłości. Zresztą z perspektywy ewolucyjnej, otyłość to dość nowy temat, bo jej pandemię obserwujemy od lat osiemdziesiątych dwudziestego wieku. Szczególny problem obserwujemy w krajach, które gwałtownie się rozwijają. Tam, gdzie polepszają się warunki życia, zwiększa się dostęp do żywności, ale jakość diety nie zawsze jest najlepsza – wysoko przetworzona, kaloryczna, bogata w cukier i tłuszcze. Na pocieszenie, ciekawe wnioski płyną z międzypokoleniowych badań prowadzonych na amerykańskich rodzinach z miasta Framingham, które pokazują obniżanie średniego poziomu cholesterolu, czy ciśnienia krwi w kolejnych pokoleniach. Może to sugerować, że człowiek przystosowuje się nie tylko do nowych źródeł żywności, ale nawet i do mało zdrowej diety. Oczywiście te zmiany mogą być też wynikiem po prostu naszej większej świadomości i poprawy stylu życia, poprzez zmianę nawyków żywieniowych, stopniową rezygnację z palenia papierosów, czy stosowania leków obniżających ciśnienie.

A jak ewoluuje nasz mózg?

Przez wiele milionów lat mózg nam się powiększał, a teraz się zmniejsza. Od około 10 tysięcy lat straciliśmy jego część wielkości mniej więcej piłeczki tenisowej, ale właściwie bez żadnego ubytku dla naszych funkcji poznawczych. Naukowcy nie mają jednoznacznej odpowiedzi, dlaczego mózg się zmniejsza. Sądzą, że może mieć to związek z olbrzymim energetycznym kosztem, jaki generuje on dla organizmu. Choć mózg stanowi zaledwie 2 proc. masy ludzkiego ciała, to pochłania aż 20 proc. energii. Zmniejszenie mózgu może wynikać z presji na większą efektywność energetyczną tego organu, a więc zachowanie zdolności poznawczych przy redukcji objętości. Inna hipoteza mówi, że to może efekt uboczny zmniejszenia się rozmiarów ludzkiego ciała, która nastąpiła w ciągu ostatnich kilkudziesięciu tysięcy lat. Chociaż przez ostatnich sto lat stajemy się coraz wyżsi, co wynika z polepszających się warunków życia, to w porównaniu z naszymi przodkami nasz kościec jest delikatniejszy, a ciało drobniejsze. Zmniejszenie mózgu mogłoby być efektem ubocznym tych zmian. Kolejna hipoteza nawiązuje do efektu „samoudomowienia się” człowieka i redukcji agresji wewnątrzgrupowej, której towarzyszyło zmniejszenie rozmiarów mózgu. Udomowienie zwierząt łączy się z zmniejszeniem agresji, która następnie łączy się z zmniejszeniem rozmiarów ciała, zmniejszeniem twarzy, zębów, dymorfizmu płciowego, mózgu. Podobne zmiany zachodziły w naszej historii. Jest też sugestia, że przy pojawieniu się kultury pisma zwiększyły się możliwości przechowywania wiedzy poza naszą głową. Ta eksternalizacja wiedzy i mocna specjalizacja sprawia, że nasz mózg nie musi być już tak wielozadaniowy jak kiedyś.

Patrząc na postęp w technologii, wydaje się, że to zmniejszanie się mózgu może przybrać zawrotne tempo. A czy AI może mieć wpływ na nasz mózg?

Na pewno, bo takie wynalazki mają znaczenie. Jednak przewidywanie przyszłości ewolucyjnej naszego gatunku jest bardzo trudne. Sama raczej tego unikam, bo pojawiło się już tak wiele hipotez, które okazały się potem błędne.

W nadchodzących latach czekają nas zmiany klimatyczne, więcej susz, pożarów, ekstremalne zjawiska pogodowe. Czy to również może mieć wpływ na nasze geny?

To bardzo prawdopodobne, bo te zmiany już się dzieją. Trzeba będzie adoptować się do wyższych temperatur, większego nasłonecznienia… Być może odbywać się to będzie przez mutacje genów związanych z gospodarką sodu w organizmie i optymalizacją gospodarki wodnej, zmianami pigmentacji skóry, większą ochroną naszych oczu przed oświetleniem. Za to dużo trudniej adaptować się będzie człowiekowi do gwałtownych zmian i kataklizmów. Ocieplenie klimatu wpływa też na zwiększenie się puli patogenów, na które będziemy musieli odpowiedzieć. Możemy więc spodziewać się zmian w naszym organizmie.

Czy COVID-19 też nas zmienił?

W przypadku COVID-19 śmiertelność na jego skutek dotyczyła głównie osób starszych, czyli pokolenia, które już nie ma wpływu na pulę genów. Istnieją jednak badania, które pokazują, że są pewne czynniki ryzyka, które powodują ciężkie chorowanie na COVID niezależnie od wieku. Na przykład, gen na chromosomie 3, który dzielimy z Neandertalczykami o 60% podnosił ryzyko hospitalizacji. Możemy zatem przypuszczać, że udział tego genu w kolejnych pokoleniach będzie mniejszy. Są też badania, które pokazują, że przechorowanie COVID-19 np. u kobiety w ciąży może mieć wpływ na rozwój zarodka, jego układ immunologiczny, a więc na przyszłe pokolenia. Ale tego jeszcze nie wiemy. To, jak będą wyglądać przyszłe pokolenia, zależy od tych, którzy mają dzieci. Dziś w krajach zachodnich rodzi się mniej dzieci, a jeśli kobiety decydują się na ciążę, to z reguły w dużo późniejszym wieku niż kiedyś. A to też przekłada się na pulę genów w kolejnych pokoleniach.

Dziś to właśnie Azja odpowiada za nieco ponad połowę wszystkich urodzeń na całym świecie, a Afryka jest regionem, w którym rodzi się najwięcej dzieci na Ziemi.

Tak, tu sukces reprodukcyjny jest niski. Ale trzeba też pamiętać, że globalizacja wpływa na wielki przepływ genów. Przemieszczamy się jak nigdy w historii, a bariery biologiczne nie istnieją. Ewolucja zatem nie ma granic i wciąż może nas zaskoczyć.

Doktor Agnieszka Żelaźniewicz – biolożka, pracuje w Zakładzie Biologii Człowieka na Uniwersytecie Wrocławskim. Zajmuje się m.in. medycyną ewolucyjną, funkcjami reprodukcyjnymi u kobiet, biologicznymi uwarunkowaniami zachowań człowieka, a także mechanizmami atrakcyjności fizycznej kobiet i mężczyzn, ich uwarunkowaniem ewolucyjnym i biochemicznym. Była w międzynarodowym zespole, który otrzymał Ig Nobla za badania nad ekonomią całowania. Autorka, lub współautorka wielu publikacji naukowych.