Czarna Królowa, czyli jak żyć z pracy innych

Idę o zakład, że każdy z nas zna kogoś, kto nigdy niczego nie wie, nie umie, nie widział, nie wiedział, w ogóle nie czai o co chodzi. Takich ludzi nie warto o nic prosić, bo z góry wiadomo, że nic z tego nie będzie. Mamy wrażenie, że żyją jakimś cudem i bez naszej opieki nie przeżyją następnego dnia. Znacie takich? No właśnie... a jednak przeżywają, mało tego, często nieźle sobie radzą. Nie są w swym zachowaniu odosobnieni. Im właśnie o to chodzi. Okazuje się, że przyroda tak jest już skonstruowana. Po prostu, kiedy inni mogą coś za nas zrobić, to niech to robią. Od dzisiaj możecie nazywać to teorią Czarnej Królowej. Dowody naukowe pochodzą ze świata bakterii, mamy więc najprostszy z możliwych układów na Ziemi i nie możemy zarzucić bakteriom, a właściwie sinicom, że były bez ambicji podczas naukowych obserwacji.

Według teorii Czarnej Królowej, (mikro-) organizmy tracą podstawowe funkcje, kiedy w pobliżu jest inny organizm (gatunek), który pełni te funkcje za nie. Wyjaśnia to dlaczego np. mikroby są uzależnione jedne od drugich. Jeffrey Morris z Michigan State University w East Lansing, wraz z kolegami, wpadli na ten pomysł obserwując morską sinicę zwaną Prochloroccus (Morris et al., 2012). To jeden z najliczniej występujących na Ziemi organizmów fotosyntetyzujących, jednak do tej pory nie udało się go rozmnożyć w warunkach laboratoryjnych (pamiętam z jakiejś pracy, że kokolitoforów też nie udało się hodować w akwarium, ale wtedy mówiono o tajemniczej "energii oceanu").

Prochlorococcus w obrazie mikroskopu skaningowego (fot. proportal.mit.edu)

Prawdopodobnie dlatego, że Prochlorococcus uzależniony jest od innych bakterii, które rozkładają toksyczny nadtlenek wodoru. Właśnie na podstawie swoich obserwacji Morris sformułował nową hipotezę Czarnej Królowej (Morris et al., 2012). Nazwa wzięła się od gry karcianej zwanej kierki (ang. Hearts). W tej grze wygrywa ten kto zbierze najmniej punktów, a nasza Czarna Królowa czyli dama pik, jest najbardziej punktowaną kartą, więc każdy chętnie pozbywa się jej na rzecz przeciwnika. Takie kukułcze jajo. [Edit] odmian kierek jest dużo, Morris wybrał akurat czarną mańkę.

Dla mikroorganizmów, każda czynność - wytwarzanie białek czy noszenie całego garnituru genów - jest wysoce energochłonna, więc, podobnie jak gracze, także chętnie pozbywają się części tego balastu. W ich przypadku dość uciążliwa jest walka z nadtlenkiem wodoru H₂O₂. Dopóki w otoczeniu znajduje się jakiś mikrob, który rozkłada nadtlenek wodoru, wszystkie inne bakterie w pobliżu korzystają na tym. W ramach oszczędzania energii porzucają odpowiednie geny, skoro kto inny się tym zajmuje.

Oczywiście, jest to igranie z ogniem. Teoretycznie, wszystkie bakterie mogłyby jednocześnie wpaść na taki sam pomysł i pozbyć się genów odpowiedzialnych za rozkład nadtlenku wodoru. Wiadomo jak to się skończy. Ale tak się nie dzieje. Czyżby część bakterii łożyła dla dobra ogółu?

Nieopublikowany eksperyment potwierdził przypuszczenia. Stworzono bakterie Escherichia coli bez odporności na nadtlenek wodoru, po czym ponownie dodano jej gen odporności. Wiele, ale nie wszystkie bakterie, pozbyło się tego genu. Wygląda na to, że część organizmów to tzw. woły robocze, z których pracy korzystają inni. Jednocześnie te woły robocze są kluczowymi gatunkami dla całego ekosystemu. Bez nich system się załamuje i nie może przetrwać.

Czarna Królowa pokazuje także jak powstaje układ pracusie - beneficjenci. Nazwa hipotezy, zapewne nie bez kozery, nawiązuje do znanej teorii Czerwonej Królowej i jej wyścigu zbrojeń (Rafał z Nicprostszego tak pięknie to tłumaczy). W tym przypadku mamy do czynienia z odwrotnym procesem. Zamiast nieustannej gonitwy, oddajemy nasze życie w ręce innych, niech za nas gonią.

Zresztą bardzo mi to przypomina badania socjologiczne, kiedy sprawdzano jak rodzi się układ wytwórcy - złodzieje. W świecie bogatych wytwórców opłaca się być złodziejem, bo można szybko i bez wysiłku się wzbogacić. Za przykładem jednego złodzieja idą inni, aż do momentu, kiedy wytwórcy nie są już w stanie zapracować na siebie i złodziei. Nie ma kogo okradać, bo wokół sami złodzieje. Wtedy wzbogacić się może tylko wytwórca, który obroni się przed złodziejami. Teraz on znajduje naśladowców i trend się zmienia, itd. Podobno po kilku zmianach trendu układ stabilizuje się na poziomie 7 wytwórców i 4 złodziei.

Kolejny przykład. Od kilku lat obserwuję wśród studentów, którym daję do opracowania pytania na egzamin. Wiem, że część pracusiów pracuje na leniwych beneficjentów. I wiem też, że studenci, w imię równego podziału pracy, dzielą się zagadnieniami po równo. Pracusie robią swoją robotę sumiennie, zaś beneficjenci olewają sprawę, w związku z tym mamy ok. 64% zagadnień dobrze opracowanych (7 do 4). To akurat wystarcza do zaliczenia egzaminu na poziomie 3.0. I to mnie najbardziej fascynuje, bo działa jak zbiorowa inteligencja :)

Źródła:
Morris, J., Lenski, R., & Zinser, E. (2012). The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss mBio, 3 (2) DOI: 10.1128/mBio.00036-12

zdjęcie w nagłówku: Nathan E CC-BY-SA flickr.com

Posted in: ewolucja,holocen,paleontologia,Ziemia