Dlaczego wszyscy jesteśmy tacy sami? O genezie podobieństw.

Dlaczego wszyscy jesteśmy tacy sami? O genezie podobieństw.

Co jakiś czas w prasie popularnonaukowej pojawia się zabawne zdjęcie – ogromny dog stoi obok maleńkiego chihuahua. Ogromna dysproporcja między dwoma psami jest zadziwiająca - zwłaszcza jeśli pomyśli się, że obydwa psy reprezentują ten sam gatunek. Podobny efekt wywierają na nas drzewka bonsai – rośliny, które w przyrodzie wyrastają do gigantycznych rozmiarów, można za pomocą odpowiednich technik uczynić okazami doniczkowymi. Różnorodność form spotykamy też jednak w naturze – prawdopodobnie nie ma na przykład dwóch przedstawicieli batalionów, ptaków z rodziny bekasowatych, które miałyby identyczne upierzenie.

Różnorodność ta jest rzeczywiście fascynująca i atrakcyjna, nawet z czysto estetycznego punktu widzenia, budzi więc żywe zainteresowanie ludzi od dawna. Nieco rzadziej uwagę przykuwa jednak zjawisko odwrotne, ale równie ciekawe i istotne z punktu widzenia naszej wiedzy o przyrodzie - mimo wszystkich tych różnic bowiem osobniki danego gatunku są w pewnym sensie takie same. Repertuar zachowań godowych muszki owocowej jest praktycznie identyczny u wszystkich osobników, podobnie jak zjawisko imprintingu gęsi – wszystkie osobniki (poza jednostkami upośledzonymi z jakichś względów) podążają za pierwszym napotkanym obiektem. Choć obiekt ten może być różny (matka lub np. but Konrada Lorenza), sam schemat zachowania pozostaje niezmienny. Psychologia ewolucyjna z kolei lubuje się w wyszukiwaniu uniwersaliów kulturowych – zachowań, które pojawiają się u ludzi niezależnie od kultury, w jakiej żyją.
Szczególnie intrygująca jest kwestia genezy tych cech wspólnych. Uważa się je za „wrodzone” lub zdeterminowane biologicznie. Rozumowanie prowadzące do takiej konkluzji jest następujące: wszelka stabilność i stałość w przyrodzie wynika z biologii, a konkretnie – genów, bowiem geny same w sobie są stabilne i to właśnie one przekazywane są z pokolenia na pokolenie, niosąc informację o cechach typowych dla gatunku. Środowisko z kolei może co najwyżej przyczyniać się do powstawania różnic między osobnikami – jest bowiem niestabilne i zmienne. Zmienia się bowiem pogoda, wilgotność powietrza, dostępność różnych surowców. Jedne osobniki danego gatunku żyją w górach, inne - na równinach. Jeśli jednak mimo tych różnic wykazują jakieś podobieństwa, podobieństwa te należy przypisać właśnie genom, które są takie same niezależnie od otoczenia.
Dzielenie cech fenotypowych na nabyte i wrodzone ma długą tradycję i jest głęboko zakorzenione w naszym sposobie myślenia; większości badaczy (i nie tylko) wydaje się, że nie da się inaczej rozumować o świecie przyrody. Jak już kiedyś jednak powiedziano, powszechność jakiegoś poglądu jest odwrotnie proporcjonalna do jego słuszności: jestem przekonany, że tak jest i w tym przypadku. Wobec dualistycznego ujęcia można wysunąć wiele zarzutów – w tym tekście chciałem jednak przede wszystkim udowodnić niesłuszność jednej z głównych jego tez: że za stabilnością cech stać muszą czynniki biologiczne, które są stałe, i że środowisko jest jedynie źródłem zmienności. Niesłuszność tego twierdzenia pokażę na przykładzie kilku ciekawych badań.
 

Kaczki Gottlieba

Obok imprintingu związanego z podążaniem małych kaczuszek za pierwszym zobaczonym obiektem istnieje też drugi rodzaj, zwany imprintingiem wokalnym. Polega on na tym, że młode kaczki zaraz po wykluciu podążają za okrzykami wydawanymi przez matkę [1]. Okazuje się, że młode preferują okrzyk typowy dla osobników ich gatunku – jeśli np. małym kaczkom krzyżówkom zaprezentujemy z jednego głośnika okrzyk należący do samicy krzyżówki, a z drugiego – do samicy innego gatunku, małe kaczuszki zwrócą się w stronę pierwszego głośnika. O preferencji tej mówiło się, że jest wrodzona – obecna była u wszystkich osobników gatunku i rozwijała się nawet wtedy, gdy małe były od jajka trzymane w izolacji i nie mogły słyszeć dorosłych osobników. Wydawało się więc, że środowisko nie ma tu nic do powiedzenia.

Gilbert Gottlieb, który dokładnie zbadał to zjawisko odkrył jednak, że sprawa jest bardziej skomplikowana. Na początku zauważył, że preferencja kaczuszek ukierunkowana jest na konkretne właściwości akustyczne okrzyku matki – np. charakterystyczny dla danego gatunku tempo powtórzeń okrzyku (odcinki czasu między kolejnymi wokalizacjami matki musiały mieć ściśle określony czas trwania). Odkrył też, że okrzyki wydawane przez pisklaki mają podobne właściwości. Wysnuł zatem hipotezę, że młode wykształcają preferencję względem wokalizacji własnego gatunku dzięki temu, że słyszą swój własny głos. Opracował więc metodę, która polegała na zrobieniu w jajku okienka, przez które można było zoperować kaczuszkę tak, by uniemożliwić jej wydawanie dźwięków (w tym celu sklejano zastawki krtani dolnej – odpowiednika krtani u ptaków – odpowiednią substancją). Okazało się, że kaczuszki poddane takiemu zabiegowi nie wykazywały preferencji – okrzyki matki lub osobnika innego gatunku były dla nich podobnie atrakcyjne [1].

Mamy tu do czynienia z zachowaniem, które przez długi czas uchodziło za „zdeterminowane biologicznie” - u wszystkich kaczek danego gatunku, niezależnie od środowiska, pojawiała się preferencja względem wokalizacji matki. Wyjaśnienie genezy imprintingu wokalnego wydawało się więc proste – stoją za tym zdeterminowane genetycznie programy, a środowisko nie ma większego wpływu. Wniosek płynący z badania Gottlieba przeczy jednak takiemu sposobowi myślenia – środowisko bowiem może być bowiem dużo bardziej stałe, niż się nam wydaje. Wszystkie kaczuszki, nawet chowane w izolacji, słyszą wokalizacje swoje i swojego rodzeństwa. Dzięki temu wszystkie wykazują pewne zachowanie. Stały element obecny w środowisku organizmu może zatem prowadzić do wykształcenia się cechy, która wydaje się wrodzona.

Takich badań jest jednak więcej – Daniel Lehrman, znany z krytyki teorii instynktu Lorenza przytacza badania nad budową gniazd przez szczurzyce [2]. Gromadzą one ścinki papieru, czy – w naturze – fragmenty roślin, moszcząc potomstwu gniazdko; przenoszą też młode do tak zbudowanego legowiska. Zachowania te były uważane za instynktowe, niewyuczone i niezależne od środowiska, bowiem izolowanie samic (mające zapobiec uczeniu się od innych osobników) nie zapobiegało budowaniu gniazd ani przenoszeniu młodych; nie zaobserwowano też by samica musiała ćwiczyć to zachowanie. Mamy więc niezmienność zachowania mimo zmienności w środowisku – dla wielu naukowców wystarczający powód, by przypisać zachowanie genom.
Cytowane przez Lehrmana badania Riessa pokazały jednak coś ciekawego. Badacz uniemożliwiał szczurzycom manipulowanie jakimikolwiek obiektami – otrzymywały sypką karmę, były też trzymane w klatce z siatką zamiast podłogi, przez co odchody spadały do umieszczonego niżej pojemnika. Okazało się, że tak trzymane szczurzyce nie były w stanie budować gniazd – rozrzucały tylko materiał wokół i przenosiły młode z miejsca na miejsce, nie umieszczając ich jednak w gnieździe. Widzimy tutaj efekt podobny do tego zaobserwowanego przez Gottlieba – do poprawnego wykształcenia się „instynktownej” cechy konieczne jest, by w środowisku szczura znajdowały się jakiekolwiek przedmioty, którymi można manipulować i które można przenosić. Niemal w każdym środowisku – nawet, gdy szczurzyca trzymana jest w izolacji - elementy takie są obecne, dzięki czemu niemal u wszystkich samic możemy zaobserwować budowę gniazda.
 

O zaletach płynięcia do przodu

Stałość środowiska i związana z nim stabilność i powszechność cech można zaobserwować jednak nie tylko na poziomie behawioralnym – podobne mechanizmy biorą udział również w rozwoju mózgu.
Od dawna znane jest zjawisko tzw. retinotopii. Znajdujące się w siatkówce oka komórki zwojowe wysyłają swoje aksony do pokrywy śródmózgowia; aksony komórek znajdujących się obok siebie w siatkówce unerwiają sąsiednie obszary w pokrywie, zachodzi więc tutaj mapowanie między siatkówką a pokrywą. Uważa się, że proces ten zachodzi w dwóch etapach – najpierw mapowanie to ukierunkowane jest przez procesy molekularne, związane z cząstkami sygnałowymi, kierującymi aksony, a później całość zostaje „doszlifowana” dzięki procesom opartym o aktywność komórek – komórki sąsiadujące ze sobą są bowiem aktywowane najczęściej równocześnie, co może w jakiś sposób przekładać się na sąsiedztwo w unerwieniu [3].
Nie było jednak jasne, jak dokładnie wygląda ów proces „doszlifowywania”. Naukowcy z The Scripps Research Institute w Kaliforni postawili ciekawą hipotezę. Wyszli od oczywistej obserwacji, że wszystkie organizmy poruszają się od tyłu do przodu. Przepływ pola widzenia (tzw. optic flow) i związana z nim aktywacja komórek siatkówki są więc u wszystkich osobników jednakowe – gdy idziemy do przodu, najpierw aktywowane są komórki w skroniowych obszarach siatkówki, następnie – obszary leżące bliżej nosa. Badacze uznali, że to właśnie ta stała kolejność może instruować komórki i w jakiś sposób kierować ich aksony w sąsiednie miejsca. Tezę tę popiera obserwacja, że komórki zwojowe z części skroniowej unerwiają przednią część, a komórki z części nosowej – tylną cześć pokrywy. Zgodnie z hipotezą naukowców, komórki aktywowane najpierw powinny mieć zatem tendencję do unerwiania części przedniej, a aktywowane później – części tylnej.

Badacze przyprowadzili dwa eksperymenty w celu weryfikacji swojej hipotezy. W obydwu wykorzystali kijanki żaby szponiastej (Xenopus laevis) na tyle młode, by nie zdążyły jeszcze wykształcić retinotopii. W pierwszym eksperymencie unieruchomionym kijankom wyświetlano obraz imitujący ruch od tyłu do przodu lub od przodu do tyłu. Okazało się, że poprawna retinotopia wykształcała się tylko w tym pierwszym przypadku.
Drugi eksperyment był bardziej złożony – kijankom usunięto jedną półkulę pokrywy. Sprawiło to, że aksony z obydwojga oczu unerwiały tylko jedną półkulę. Badacze mogli zatem prezentować różne bodźce do obydwu oczu niezależnie i sprawdzić, jak wpłynie to na układ aksonów z komórek pochodzących z danego oka. Aby potwierdzić swoją hipotezę, badacze najpierw stymulowali bodźcem świetlnym komórki w jednym oku, a następnie drugim. Jeśli ich przewidywania by się potwierdziły, aksony z oka pobudzanego najpierw powinny w końcu unerwiać przednią część pokrywy, te z oka pobudzanego później – tylną. Tak też było – oznacza to, że retinotopia wykształca się dzięki temu, że kolejne komórki zwojowe oka aktywowane są w tej samej kolejności za każdym razem, gdy zwierze się rusza [3].
Mamy więc motyw pojawiający się w badaniach przytoczonych wcześniej – każdy osobnik w swoim życiu napotyka element środowiska (w tym wypadku: ruch w przód), dzięki czemu każdy rozwija pewną cechę, która wspólna jest wszystkim osobnikom. Warto zastanowić się, jakie znaczenie mają opisane badania dla naszego rozumienia genezy zachowań gatunkowo charakterystycznych.
 

Instynkt jest nagi

Fakt, że środowisko może być równie „stałe”, jak czynniki biologiczne i wpływać na rozwój cech uważanych za „biologiczne”, ma różne konsekwencje. Przede wszystkim powinno uzmysłowić nam, że tak naprawdę sam podział cech fenotypowych na „wrodzone” i „nabyte” pozbawiony jest sensu. Podstawą rozróżniania cech „biologicznie zdeterminowanych” i „nabytych” jest przeciwstawienie sobie biologii (utożsamianej z genami) i środowiska: biologia jest stała, środowisko zmienne, biologia jest źródłem podobieństw, środowisko – różnic. Tak jednak nie jest; mimo pozornych różnic, środowiska, w jakich żyją osobniki danego gatunku mogą zawierać pewne stałe elementy, które sprzyjać będą rozwojowi stałych cech. Osobnego artykułu wymagałoby zagadnienie odwrotne – pokazanie, że „biologia” może być z kolei bardzo zmienna.
Opisane tu badania pokazują też, że sam tradycyjny paradygmat badawczy mający na celu sprawdzić, czy dana cecha jest wrodzona – czyli izolowanie osobnika – nie pozwala nam tak naprawdę orzec nic o danym zachowaniu. Myszy w badaniach prowadzonych przez poprzedników Riessa i kaczki Gottlieba rozwijały opisane zachowania nawet wtedy, gdy nie mogły się ich nauczyć od innych osobników. Eksperymenty te jednak nie izolowały zwierząt od wszystkich czynników środowiskowych – od własnych wokalizacji lub małych obiektów. Fakt, że zwierze uczy się czegoś nawet w izolacji nie może zatem posłużyć nam jako dowód twierdzenia, że zachowanie jest wrodzone.
Najważniejsze jednak konsekwencje dotyczą debat publicznych toczących się o to, czy dane zachowania czy cechy są zdeterminowane biologicznie, czy też zdeterminowane są środowiskowo. Debaty te dotyczyć mogą różnych rzeczy - ilorazu inteligencji, skłonności do przemocy, różnic międzypłciowych etc; ich istota jest jednak taka sama. I ten sam błąd tkwi u podstaw każdej z nich. Jak pokazaliśmy, fakt, że dane zachowanie obecne jest u wszystkich (np. u wszystkich ludzi, niezależnie od kultury) nie mówi nam jeszcze nic o tym, jak dana cecha się rozwija. I odwrotnie – to, że za rozwój cechy odpowiedzialne są czynniki środowiskowe nie oznacza wcale, że są podatne na modyfikacje i że można je dowolnie przekształcać. W eksperymentach Gottlieba i Riessa środowisko musiało ulec bardzo głębokiej transformacji, aby zaburzyć rozwój cechy – możemy sobie wyobrazić, że wiele zachowań „zdeterminowanych kulturowo” nie jest bardziej podatnych na zmiany niż zachowania uważane za wrodzone.
Utarte drogi, którymi poruszamy się, myśląc o świecie nie zawsze zatem prowadzą nas w dobrym kierunku.

opracował: Mateusz Kostecki

Bibliografia:

  1. Gottlieb, G. (1997). Synthesizing nature and nurture: Prenatal roots of instinctive behaviour. Mahwah: Lawrence Erlbaum Associates.
  2. Lehrman, D. S. (1953). A critique of Konrad Lorenz’s theory of instinctive behavior. The Quarterly Review of Biology, 28 (4), 337–63.
  3. Hiramoto, M., & Cline, H. T. (2014). Optic flow instructs retinotopic map formation through a spatial to temporal to spatial transformation of visual information. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111 (47)
Depresja młodzieńcza jest poważnym problemem zdrowotnym i społecznym, gdyż w pewnym momencie życia dotyka nawet 20% nastolatk... czytaj więcej
Komunikacja słowna składa się z dwóch nierozerwalnie ze sobą połączonych procesów – mówienia, czyli tworzenia komunikatu oraz... czytaj więcej
...czyli o efekcie ćwiczeń fizycznych na metabolizm mózgowy i objętość istoty szarej u starszych dorosłych  Liczne wnioski pł... czytaj więcej
Popularność różnego rodzaju treningów poznawczych stale wzrasta. Za ich powodzeniem stoi przekonanie, że ‘brain fitness’ real... czytaj więcej