EWOLUCJA BIOCHEMICZNA I TEORIA SILICYDÓW
W 1959 r. m ija sto lat od ogłoszenia O pow staw aniu gatunków przez K arola Darwina. Był to m om ent tak doniosły dla biologii jak opublikowanie De revolutionibus przez K opernika dla astro
nomii. Można naw et analogię snuć; w jednym w ypadku urucho
miono Ziemię, w drugim Życie, przynajm niej w jego formach morfologicznych i zw iązanych z tym funkcjach organizmu.
Dynamiczna strona ewolucji to nie fak t zaobserwowanej zmienności organizm u żywego, ale zjawisko, które można języ
kiem fizycznym nazwać niestałą równowagą energetyczną dwóch układów, m ianowicie organizmu i środowiska. Energetyczne „do- ganianie“ środowiska przez organizm, chw ytanie zaburzonej rów nowagi to napęd ewolucji. Rzecz zrozumiała, że tylko organizmy 0 szerokiej skali plastyczności i odznaczające się poważną rozpię
tością przystosow ań potrafią nadążać za przem iennością środo
wiska.
Między organizm em a środowiskiem dla utrzym ania się w ja kimś optim um rozwoju musi nastąpić synergetyzm układu orga- nizm-środowisko. Można stworzyć ogólną zasadę ewolucyjną:
organizm m usi być w stanie równow agi energetycznej z otocze
niem, czyli oba układy m uszą być synergetyczne. Albo inaczej 1 całkiem prosto — organizm jest funkcją środowiska.
W problem ie ew olucji ustaw ionym przez D arw ina są rozmiary makroskopowe, czyli organizm w ystępuje jako całość i to od strony morfologicznej oraz związanej z tym czynnościowej.
G.L. Stebbins (1951) rozróżnia trzy płaszczyzny ewolucji: zmien
ność indyw idualną, m ikroewolucję i makroewolucję. W zmien
ności indyw idualnej znajduje się m utacja genów oraz ich rekom
binacja. M ikroewolucja obejm uje dobór naturalny. O statnią płasz
czyznę Stebbinsa należy rozumieć jako ewolucję objętą dziełem Darwina. Tendencje jednak biologiczne dotyczące ewolucji zmie
rzają coraz bardziej do stru k tu ry fizyko-chemicznej chromozo- mów, do biochemii działania genów. „Obecnym naszym zadaniem jest opracowanie chemicznej ewolucji życia, zadaniem o wiele trudniejszym , ale i bardziej zasadniczym niż to, którego dokonał D arw in w dziedzinie ewolucji wyższych form. Klucz do zrozu
m ienia chemicznego rozwoju życia leży w miejscu styku pomiędzy opisową biochemią a teorią kw antow ą" (Bernal, 1951).
Z chwilą naw et prowizorycznego ustaw ienia pojęcia ewolucji biochemicznej w stosunku do ewolucji morfologicznej można by mówić o analogii z szeregiem fal elektromagnetycznych o różnej, częstotliwości i długości samej fali od rad aru poprzez fale radio
we, prom ieniowanie term iczne do św iatła widzialnego, promieni Roentgena, wreszcie gamma. Jest to różnica ilościowa zasadniczo w obrębie tej samej natury. Rodzaje ewolucji zdają się być też jedynie różnymi obrazami energetycznym i i fenomenologicznymi tej samej rzeczy, mianowicie przemienności żywego ustroju. Ewo
lucja morfologiczna i funkcjonalna sform ułowana przez Darwina to jeden tylko kraniec przem ienności życiowej, natom iast ewo
lucja biochemiczna m usi się w tam tej zmieścić, choć w ykryw al
ność jej będzie wym agała odm iennych metod.
Widocznie pojęcie ewolucji jeszcze za mało weszło w system myślenia biologów przez niem al sto la t od jej opublikowania, skoro staw ia się problem typowo geomorficznie, a może nawet antropomorficznie w sensie np. pytania, czy na innych planetach są w arunki odpowiednie dla życia. W biologii znajdujem y się od
nośnie do w arunków Życia poniekąd w stadium geowitalizmu, podobnie jak przed Kopernikiem wyznawano geocentryzm za
gadnień astronomicznych.
Obecna postać Życia jest tylko końcowym jego stadium do
stępnym naszym obserwacjom, to Życie w param etrze niezm ier
nego i bliżej nieokreślonego czasu, to Życie z olbrzym ią prze
szłością, którą odtw arzam y na podstawie skamieniałości i żywych
reliktów. W nauce o ewolucji zapominamy często, że podobnie jak
w geometrii i fizyce ruchu mamy punkt odniesienia, według któ
rego określa się położenie. W spółrzędne są oczywiście umowne.
Ewolucję jako zadanie rekonstrliktyw ne odnosimy zawsze do osi w spółrzędnych ' obecnego Życia. Jest to nasz start retrospek
tyw ny.
W ten sposób dochodzimy do nieco dziwnego, lecz całkiem na
turalnego paradoksu w biologii. Ewolucja jest zmiennością orga
nizm u na tle niestałych w arunków środowiskowych przy zało
żeniu pew nych konstant. Osie współrzędnych, czyli pu n k t odnie
sienia całego zagadnienia rów na się constans. Istota samego Życia od strony jego chemizmu to druga konstanta. Fizyk powiedziałby nie bez słuszności zresztą, że biologia ze swoją ew olucją jako teorią naukdw ą znajduje się dzisiaj dopiero w stadium nierelaty- wistycznej mechaniki Życia.
To zestawienie z fizyką jest według mnie doskonałe, ilustruje bowiem pew ne stadium form ułow ani^ zagadnień samej ewolucji.
Ewolucja w rozum ieniu dzisiejszym po stu latach niem al od jej sform ułowania jest zmiennością w oprawie wyznaczonych stałych.
Nie’ będzie od rzeczy przypomnieć sobie, jak Darw in doszedł do pojęcia ewolucji. Pozbierał „odpadki", które nie chciały się zmieścić w idei stałości gatunku. To, co poczytywano za w y
bryk n atu ry bez znaczenia, D arw in uważał za celową adaptację organizm u do środowiska. W ten sposób elem enty zbędne dla teorii stałości gatunku stały się m ateriałem dowodowym dla ewolucji, czyli zmienności form organicznych. Jest to zupełnie logiczna droga, gdyż o stopniu prawdopodobieństwa jakiejś teorii świadczy sum a zgodności z doświadczeniem. Ale geneza nowej przeciwnej teorii zakładać będzie sw ą egzystencję na sumie brąków zgodności ze starym i pojęciami. Rozbieżności stanow ią zawsze narodziny nowego pomysłu.
Skoro stanow i to metodologię dojścia do nowych teorii, w y padnie zastosować ten pomysł do pojęć ewolucji, jakie' urobi
liśm y sobie na dystansie stu lat od jej ogłoszenia przez D ar
wina. N a le ży ' stwierdzić, czy zmienność organizmów wśród po
czynionych konstant jest w ystarczająca dla poznania Życia, czy
też należy stworzyć „relatyw istyczną" teorię ewolucji, a więc
z odrzuceniem przynajm niej jednej stałej, mianowicie punktu odniesienia rozumianego jako. obecne stadium Życia.
OBECNE GRANICE EW OLUCJI BIOCHEMICZNEJ
1. Biologia w jakiejkolwiek specjalności-jest nauką opisową, zasadniczo empiryczną, ale nie pozbawioną dedukcji, która po
zwala sformułować wielkie praw a przyrody. Ewolucja jest właś
nie jedną z wielkich syntez biologicznych, jest sprecyzowaniem praw a rozwoju Życia na Ziemi. W w yniku tego każda z dyscyplin biologicznych w inna uwzględniać aspekt ewolucyjny.
Nauki biologiczne zasadniczo badają status quo przyrody oży
wionej, natom iast przeszłość o tyle, o ile zachowała się w postaci reliktów skamieniałych czy żywych. Właściwie dopiero ewolucja sięgnęła do przeszłości Życia szukając dla siebie podtflidowy faktycznej. Ewolucionizm z jednej strony właściwie dopiero zinterpretow ał skamieniałości, a te znów ugruntow ały pozycję samej, ewolucji jako zjaw iska ogólnobiologicznego. Najlepszym bodaj i najkrótszym określeniem ewolucji będzie — historyczne ujm owanie Życia. Obecna postać Życia jest funkcją środowiska w historycznym aspekcie. Nip można więc obecnie znaleźć „czy
stej linii" Życia nieobarczonego znamieniem długiej przeszłości.
Znamy Życie jedynie zewolucjonizowane. Synteza Życia in vitro między innym i jest skazana na niepowodzenie, ponieważ szuka
my Życia historycznie zaawansowanego, nie wiedząc naw et do
kładnie, czym się odznaczał param etr czasu dotyczący Życia.
Z istoty nauk biologicznych w ynika pew ien lim it zaintereso
wań. Granicę stanowi Życie faktyczne, obecne. Ew olucjonizm .ru- szył bazę biologiczną o m om ent historyczny Życia. Przyrodo
znawstwo jednak nie prowadzi rekonstrukcji-m yślow o. Strona
ewolucyjna, czyli historyczna musi mieć swe 'kro n ik i1', a więc
też fakty choć wymarłe,
2. Ten sposób pojm owania Życia poniekąd jest wynikiem bezpośrednim ewolucji darw inistycznej. K onstanta „2ycie“ w y kazuje tylko różny sposób zorganizowania morfologicznego i funk
cjonalnego. Ewolucja darw inistyczna to zmienność form konstanty Życia na tle czasu. Ewolucja to dzieje stałej wielkości Życia w tem poralnej m odyfikacji gatunku.
Tak pojęta ew olucja może ulec poszerzeniu poza morfologię i fizjologię. Ewolucja jest w ynikiem wszeikiego rodzaju zmian indukow anych w organizmie przez w ariację w arunków środowi- skowych. Można więc mówić o genetyce ewolucyjnej, ekologii ew olucyjnej, histologii, cytologii i biochemii ewolucyjnej. Uznając indukow aną zmienność organizmów zależnie od m odyfikacji śro
dowiska i bliżej niezbadanych własności rozwojowych żywego ustroju zakładam y milcząc, że przy retrospektyw nym ruchu wskazówki ewolucjonizmu nie w yjdziem y nigdy poza pewien zerowy pun k t Życia.
3. Ta ostatnia spraw a zdaje się nie być w ogóle rozstrzygnięta v biologii. Nie jest zresztą konieczna w żadnej z wielkich dyscy
plin nauki o Życiu, ani w morfologii, fizjologii, histologii, ani w cytologii czy też genetyce. Trudność zjaw ia się dopiero w bio
chemii ewolucyjnej i biofizyce rozmiarów drobinowych zwłaszcza przy rozważaniach w aspekcie samej genezy tych zjawisk. P rak tycznie jednak zarówno ani biochemia, ani biofizyka nie w ykra
czają poza status quo dzisiejszego Życia już zewolucjonizowanego.
Wielkie natom iast teorie Życia i Ziemi rozpoczynają start od obec
nych związków organicznych jak am inokwasy i węglowodany.
Można by naw et wykazać ciekawą ewolucję poglądów na genezę Życia.
Ewolucja teorii początków Życia przebiega od nieorganicznej koncepcji cyjanow ej E. Pflugera (1875) do skrajnie biologicznej H. J. M ullera (1955) rozumiejącej Życie jako najbardziej „uda
ny" gen. Trzon rozważań teoretycznych obejm uje jednak sche
m at organiczny związków koniecznych dla w ytw orzenia układu zwanego Życiem (aminokwasy, nukleoproteidy, węglowodany).
D yferencje w ystępują dopiero zasadniczo u poszczególnych auto
rów w punkcie patrzenia na przyczyny fizyczne „ożywienia”.
Tutaj mamy całą skalę od zwykłego przypadku poprzez koacer
w aty Oparina (1923, 1936), polaryzację eliptyczną światła (A. Dau- villier 1947), adsorpcję na glinokrzemianach (J.D. B ernal 1951), adsorpcję na kw arcu optycznie zorientowanym (V.M. Goldschmidt 1952).
Biochemiczny punkt zerowy Życia jest zasadniczo w ostatnich teoriach zgodny — są to związki białkowe i węglowodany, lipidy są raczej późniejszego pochodzenia.
4. Oczywistym się staje, że ewolucyjne leorie pow stania Życia na Ziemi nie wnoszą nic nowego do samej ewolucji. K onstanta biochemiczna Życia zewolucjonizowanego, czyli Życia obarczo
nego własną historią rozwojową jest sam a w sobie paradoksem, jak zresztą każdy stabil w procesie rozwojowym. Mniej rażące staje się to w całokształcie nauk biologicznych skali m akrosko
powej, odnośnie jednak do ewolucji biochemicznej przesuwanej coraz bardziej do wielkości elem entarnych staje się to już p ro blemem. Dwa są tutaj rozwiązania możliwe; przyjąć punkt zero
w y biochemiczny, poza którym jest już chemia nieorganiczna, albo uznać nieograniczone przesuwanie się ewolucji „w lewo".
„W ielkim naszym zadaniem jest rozwiązanie krok za krokiem historii substancji, stru k tu r i procesów, które w sumie tworzą dzisiejsze życie" — pisze Bernal (1954). Idąc za ty m wskazaniem należy w najelem entarniejszej samodzielnej cząstce m aterii oży
wionej przyjąć trzy składowe m om enty: a) substancję, b) struk
turę, c) procesy czyli funkcje.
Przez samodzielną cząstkę nie należy tu ta j rozumieć jakiegoś organizmu choćby najmniejszego (wirusy, fagi), ale po prostu naj- elem entarniejszą jednostkę plazmy zdolną do zdarzeń, które łącz
nie obejmujemy m ianem życia.
. Ad a) Nastroje naukowe biologii dotyczące substancji najlepiej reprezentują teorie Życia. Poza aminokwasy, nukleoproteidy i węglowodany nie w ystępują pomysły. Związki organiczne nie
organicznego pochodzenia są jedynie punktem wyjściowym teo
retycznych rozważań dla właściwych substancji biologicznie w aż
nych. Odnośnie do m etabolizmu związanego z siarką, żelazem,
manganem, wanadem i kwasem siarkowym, tlenkiem azotu, krze
mianami, N. W. Pirie (1954) w ysuw a tylko przypuszczenie, że zjaw iska te mogły być kiedyś bardziej pospolite. Pirie nasuwa również sugestię, że to mogą być ślady z tych czasów, kiedy Ży
cie wyrażało się chemią nieorganiczną.
Tendencje obecnej biologii nie idą na ogół po linii innej jak pierw iastki organogeniczne C,N,H,0,S,P,K, w rozważaniach ge
nezy Życia. Biochemia ew olucyjna nie m a skłonności sięgania do związków anorganicznych. Raczej czegoś zupełnie innego spo
dziewa się biologia dzisiaj, mianowicie uproszczenia form bioche
micznych w porów naniu z obecnymi. B. Skarżyński pisze (1958):
„Oczywiście nie m am y żadnych danych, na podstawie których moglibyśmy twierdzić, że-białko wchodzące w skład najpierw ot
niejszych tworów żyw ych zbudow ane było również wyłącznie z . tych sam ych aminokwasów, które spotykam y jako składniki białek organizmów dziś żyjących Raczej przeciwnie, jest bardzo możliwe, że w skład tych najpierw otniejszych białek wchodziło jeszcze w iele innych aminokwasów, które jednak w toku ewolucji:
św iata żyjącego zostały wyłączone z zakresu m ateriału budul
cowego. Moglibyśmy powiedzieć że stru k tu ra białka w czasie rozwoju św iata żyjącego uległa uproszczeniu"'. W ram ach tych sam ych pierw iastków organogennych możliwe są jedynie p rz e sunięcia strukturalne.
Ad b) S tru k tu ra związków organicznych zaczyna się rzeczy
wiście w ysuw ać na czoło zagadnień biochemicznych. Nazwiska takie, jak A stbury, Bernal, Crowfoot, Pauiing, Corey stanowią wielki krok naprzód w odczytaniu w ew nętrznej konstrukcji biał
ka. Pracę ich można w doniosłości porównać z odkryciem Laue’gó stru k tu ry w ew nętrznej kryształów przez zastosowanie prom ieni Roentgena. M etoda zresztą pozostała ta sama.
W ysuw a się coraz częściej pojęcie szkieletu węglowego, stano
wiącego pew ien zrąb, na którym dokonują się dopiero stru k tu ralne w arian ty w form ie przesunięć poszczególnych atom ów czy też grup. F unkcja czyli proces ograniczałby się do przetasowania rodników lub pojedynczych atomów na szkielecie węglowym.
Nie obce jest biologii strukturalnej pojęcie m atrycy, czyli fo r
my do odtw arzania pewnego układu jak na wzorcu. „Istnieją
również przekonywające dowody, że wielkie drobiny kwasu rybo
nukleinowego biorą udział w syntezie białek, być może dlatego, że ogniwa w obu typach łańcuchów są tej samej długości i że białka przylegają do łańcuchów kw asu nukleinowego jak do m a
trycy. Dotąd nie wiemy, w jaki sposób powstaje kwas nuklei
nowy, może również wymaga białka jako matrycy*1 (Haldane 1954).
Stereochemia związków organicznych będzie tu taj zaledwie wstępem do całego problem u stru k tu r biologicznych. Przestrzenna relacja części w stosunku do całości, układ części pomiędzy sobą świadczą nie tylko o dyferencjach przy tożsamości ilościowej sub
stancjalnej, ale są również odpowiedzialne za inne przebiegi funkcjonalne w procesach życiowych.
Modelu dla obecnej stru k tu ry szuka się niekiedy w świecie nieorganicznym, np. Goldschmidt dopatruje się optycznej czyn
ności związków organicznych w lew oskrętnym krysztale kwarcu służącym za m ateriał do adsorpcji u podstaw Życia. Goldschmidt jest zdania, że adsorpcja naw et na kryształach sym etrycznych może dać lewo- lub prawoskrętność, np. na ścianach albitu, gdzie ściany m ają konfiguracje odwrotne. Bernal raczej widzi dosko
nałe podłoże dla adsorpcji drobin na glinokrzemianach (glinka).
Poza optyczną właściwością nie zdaje się jednak dopatryw ać bliż
szego związku między adsorbentem i partnerem .
Znam ienną jest rzeczą, że tam gdzie chodzi o właściw ą struk
turę żywej drobiny nie mówi się na ogół o jej ewolucji, przyj
mując tę strukturę za daną, natom iast odnośnie do czynności optycznej biologia dzisiejsza stara się ją przypisać czynnikom fi
zycznym heterogennym , jak adsorbent krzem ianowy (Goldschmidt i Bernal), polaryzacji eliptycznej, światła (Dauvillier), polaryzacji św iatła odbitego od wody (Bick).
Ewolucja stru k tu ry substancjalnej nie wykazuje naw iązań do przestrzennych realizacji nieorganicznych, skąd m iałaby się wy
wodzić stru k tu ra wiązań odpowiedzialnych obecnie za fakt życia.
S tru k tu ra substancji w ybija się w praw dzie na plan pierwszy
w badaniach, ale jako właściwość w ynikająca raczej z istoty
związków organicznych. Biochemia struk tu raln a jest nastaw iona
więcej jak cała biologia na zajęcie się obecnymi problemami żywej
drobiny, budową białka, enzymów, związków makroergicznych.
Wreszcie biochemia jest względnie młodą dziedziną badań i stoi wobec ogromu rzeczy nieznanych. Akcenty ew olucyjne zjaw iają się na ogół w naukach biologicznych dopiero później, po należy
ty m zbadaniu właściwego tem atu.
Ad c) Usiłowania od słynnej „kom órki11 Traubego poprzez do
świadczenia Butlerowa, Curtiusa, Bacha aż do prób podjętych przez H errera (1942) zm ierzały do odtworzenia in vitro tego, co nazyw am y zwykle funkcjonalnością Życia. Ostatni z badaczy jest kierow nikiem laboratorium zajmującego się eksperym entalnym w yprodukow aniem żywej protoplazmy.
Procesy życiowe są dostatecznie poznane, choć przyznać trzeba nie w skali elem entarnej drobiny ożywionej. Dlatego też ideałem syntezy in vitro jest kom órka (organizm niezm iernie już skom pli
kowany), albo m akrodrobina spełniająca czynności życiowe.
Procesy zachodzące w drobinie są tak ściśle związane z jej przestrzenną orientacją w ew nętrzną oraz z relacją do innych drobin, a to wszystko znów jest zawisłe od rodzaju substancji chemicznej, że układ substancja - g stru k tu ra H procesy badai się łącznie.
Odnośnie do samych procesów pun k t ciężkości zdaje się leży w badaniach nad enzymami, czyli „akceleratoram i41 czynności ży ciowych. Ponieważ zagadnienie biokatalizatorów zostawia jeszcze szerokie pole do pracy, wobec tego problem procesów w skali dro
binowej nie dojrzał całkiem do m omentów ewolucyjnych. Te, jak zaznaczyłem wyżej, zjaw iają się dopiero po należytym zbadaniu kw estii w innych aspektach.
Schodząc n a dno zagadnienia trzeba stwierdzić, że biochemia ]est dopiero w fazie swego dynamicznego zrywu. Biochemia nosi nie tyle akcenty ew olucyjne w sensie genetycznego badania sub
stancji, stru k tu r i procesów ożywionej drobiny, ile raczej pragnie zgłębić status quo Życia, względnie przeprowadzić analizę po
rów naw czą na różnych stopniach rozwojowych obecnego Życia.
Geneza biochemiczna w Życiu, ewolucja biochemiczna zwłaszcza
retrospektyw na, paleobiochemia to zadania dopiero przyszłości.
EW OLUCJA M ORFOLOGICZNA I PEW NE W NIOSKI Z N IEJ PŁYNĄ CE
1. System atyka św iata organicznego poszia po linii zgodności albo rozbieżności cech zewnętrznych, morfologicznych. P rzyna
leżność gatunkow a zasadza się niekiedy na drobnych szczegółach ilościowych różnic, kształtów, w ym iaru, akcesorycznych elem en
tów. System atyka przypom ina żywo krystalografię sprzed czasów Laue’go. Świat kryształów został zam knięty w 32 klasy według osi i płaszczyzn sym etrii oraz ścian. Wszelkie m inerały mieszczą się w tych klasach krystalograficznych. Mineralogia jednak wzbogaciła swą klasyfikację przyjm ując prócz taksonomii „m or
fologicznej" jeszcze układ atomów czy jonów w elem entarnej komórce przestrzennej, zbliźniaczenia, przerosty, elektryczną i optyczną czynność, polimorfizm, izomorfizm, a przede wszystkim skład chemiczny.
System atyka biologiczna o charakterze opisowomorfologicznym wprawdzie poszufladkowała wszystko, cokolwiek Życie uformo
wało na Ziemi, stoi jednak dużo niżej od mineralogii, która używa dużo więcej param etrów wchodzących w zakres „gatunku" m ine
ralogicznego.
Znam ienne jest, że teoria D arw ina oparła się na tych samych kryteriach opisowomorfologicznych co dużo wcześniej stworzona system atyka Linneusza. Nie należy się tu taj dziwić, że ewolucja mimo samego faktu zmienności posiada swoje niedobory w „szcze
gółach". Przyjęła podobnie jak system atyka wygodne cechy tak
sonomiczne w rozpoznaniu, co zresztą jest najzupełniej słuszne, skoro mówi o powstawaniu gatunków, te natom iast określa się dotychczas według system atyki Linneusza.
Stebbins naw ołuje (1951) do w ykorzystania cech anatomicz
nych, histologicznych i cytologicznych przy systematyce. Byłyby to już przynajm niej k ryteria „w ew nętrzne" w porównaniu z do
tychczasowymi. Obecny stan system atyki określa Stebbins: „Nie
którzy system atycy oparli swą filozofię na powierzchownie pro
stym stwierdzeniu, że jeśli dwie rzeczy są różne, powinny być
opisane jako różne gatunki... Niestety, jednak dokładniejsze bada
nie układów zmienności w przyrodzie ujaw nia, że niestała Pani N atura m a w swym założeniu zupełnie inne cele niż tworzenie prostych hierarchii gatunków i rodzajów, które przyrodnicy mogli
by z możliwie najm niejszym trudem w ykryw ać pracując w swych gabinetach", Stebbins jest cytogenetykiem roślin, pogląd ma ra d y kalny. Inaczej patrzy na system atykę niem niej w ybitny choć w iru
solog tym razem P. M. B urnet: „Z uwagi na istotę życia i zjawisk ew olucyjnych system atyka i mianownictwo żywych organizmów muszą się zawsze opierać na przesłankach konwencjonalnych oraz n a przesłankach podyktow anych naszą wygodą. Opracowanie na
turalnej system atyki będzie wymagało znajomości ewolucji i stru k tu ry genetycznej, a to jest możliwe tylko w stosunku do bardzo nielicznych spośród badanych typów organizmów żywych". (1955).
S ystem atyka biochemiczna może być dopiero życzeniem przy
szłości. Ewolucja i jednostki taksonomiczne związały się od czasów Darwina. Jed n ą widocznie z przyczyn braku ewolucji biochemi
cznej jest brak system atyki biochemicznej. Ten ostatni natomiast, defekt spraw ia nierozwiązany chaos taksonomiczny w klasyfikacji Protozoa i stanowiska niższych roślin. Nie zostały wyjaśnione pe
w ne zgodności między bakteriam i i grzybami (glikogen, wolu ty na, mocznik, niekiedy chityna). Grzyby i owady w ykazują zbieżności biochemiczne z powodu w ystępow ania chityny. Sinice posiadają chlorofil charakterystyczny dla roślin wyższych, a produktem zapasowym jest glikogen właściwy zwierzętom. Okrzemki m ają barw ik swoisty diatominę, prócz tego chlorofil, a produktem za
pasowym jest w olutyna i tłuszcze. M etabolizm krzem u jest sprawą otwartą. Umieszczenie system atyczne bakterii siarkowych, wodo
rowych, żelazistych, m anganow ych itp. dowolne.
Jak kiedyś system atyka opisowa dała podbudowę teorii ewo
lucji Darwina, a ta znów stworzyła podstawy do jednorodnego schem atu rozwojowego całego św iata ożywionego, tak sądzić n a
leży, system atyka biochemiczna w inna niebywale rozwinąć ew o
lucję biochemiczną. Biochemia łącznie z system atyką tej kategorii,
należy oczekiwać, dadzą „w ybiegi" w kierunku chemii nieorga
nicznej. Ewolucja m orfologiczno-funkcjonalna Darwina powiązała w sobie świat ożywiony. System atyka biochemiczna, a w następ
stwie ewolucja biochemiczna będzie zdolna dopiero powiązać Zycie z chemią nieorganiczną.
2. Świat zwierzęcy zjaw ia się nagle w kambrze w całym bo
gactwie form z w yjątkiem kręgowców. Jest więc praw ie wszystko bez żadnego preludium . Określił to K. Demel (1951) na Konfe
rencji w Kuźnicach: „Mamy więc początkowo organizmy, które przedstaw iają wszystkie rodzaje prócz kręgowców. A cofnąwszy się dalej, nie m am y nic“. Zwierzęta dokonują niezwykłego skoku od prawie niczego w prekam brze do wszystkiego praw ie w kam brze. Tłumaczenie brakiem skamieniałości na skutek nie wytwo
rzenia jeszcze wówczas skorup czy szkieletów w apiennych po
tw ierdza tylko sam fakt skoku w tak ważnym taksonomicznie szczególe jak szkieletyzacja. Ewolucja staje wobec zjaw iska n a głego zjaw ienia się form o w ybitnej organizacji, o niezmiernej różnorodności gatunków bez żadnego rzekomo na pierwszy rzut oka w stępu dopasowania się do zmienionych warunków.
Przyczyn tego nie należy się dopatryw ać w metamorfozie po
kładów prekam bryjskich na skutek ich w ieku geologicznego. Tak samo metamorfoza kam bru jest jedynie przereklam ow ana. Fakt nagłego zjaw ienia się zwierząt niem al we w szystkich form ach bez wstępu nasuw a zgoła inne przypuszczenie. B ujny św iat zwierząt kam bru w yrósł nagle w rozumieniu geologicznym na doskonałej pożywce stwarzającej optim um w arunków rozwojowych. Zagadka krzywej ewolucyjnej kam bru w stosunku do jej dalszego ciągu w następnych okresach geologicznych dowodzi w ydarzenia bez precedensu. Skoro ewolucja jest czytelnością w arunków środowi
skowych zapisanych w żywym organizmie, to radykalny skok na w ykresie ewolucji w kam brze m usi być czytelny również w kie
runku odwrotnym. W prekam brze i to na długo przed tym zaist
niały w arunki na niezw ykły rozwój św iata zwierzęcego przy jego heterotrofizmie. Był to jakiś radykalny zakręt w arunków zarówno chemicznych środowiska, jak i jego' potencjału żywnościowego.
Pole do badań dla paleoekologii.
3. Z rysunku wynika, że św iat zwierzęcy i roślinny nie od
znaczał się jednakow ą możliwością startu. Autotrofizm okazał się bardziej tru d n ą drogą od heterotrofizm u u zwierząt. Obecnie przeważa ogólnie zdanie, że. heterotrofia była spraw ą wcześniejszą.
Synteza chlorofilowa jest tak skomplikowanym mechanizmem, że mogła być dopiero, w ynikiem bardzo długiej adaptacji zarówno do dw utlenku węgla, jak i do prom ieni słonecznych przefiltrow anych przez w arstw ę ozonu ze względu na szkodliwy w pływ światła podfioletowego na ustrój żywy. Tutaj należy nadmienić, że węgiel w ystępow ał raczej w formie zredukowanej (połączenia wodorowe), a nie w postaci utlenionej.
R ezerw y pokarmowe na bujny rozkw it heterotrofizm u w kam - brze i przed nim stają się zagadkowe przy całej nieudolności „roz
kołysania'1 linii syntezy chlorofilowej przez bardzo długi okres czasu geologicznego. Trudno tu taj powiedzieć, czy rzeczywiście chem osynteza spotykana u bakterii siarczanych, żelazistych, m an
ganowych, wodorowych, być może i krzemowych była pierw ot
nym zrywem syntetyzowania, czy też późniejszą adaptacją przy analogicznym zresztą rozgryw aniu zasadniczych procesów bioche
micznych z wysoko system atycznie postawionym i organizmami.
Zestawienie prym ityw nych procesów nieorganicznych dla zyskania wolnej energii z ogólnym metabolizm em niezm iernie skompliko
w anym białka jest niezwykle intrygujące odnośnie do priorytetu tych w ybitnie niedopasowanych biochemicznie komponent.
Linia ew olucyjna organizmów hetero-
jautotroficznych sta
nowi szerokie terytorium badań, niebywale interesujących z pun
ktu samej ewolucji. Jest tylko bardzo znamienne, że podobnie jak w teoriach powstania Życia biologia nie wychodzi poza związki organiczne.
4. Słuszne jest spostrzeżenie, że ewolucja to nie tylko rozwój indukow any przez środowisko, ale również, pew ien mechanizm samego obiektu podlegającego procesowi zmienności. Ewolucja m orfologiczna-funkcjonalna nie jest w stanie rozwiązać defini
tywnie, w jakim stopniu należy zasługę zmienności podzielić po
między środowisko i właściwości organizmu. Do pomocy należy przywołać pew ien szczegół historyczno-chem iczny i to mocno pa
radoksalny: ewolucja darw inistow ska dokonuje się w środowisku wytworzonym już przez Życie, a bynajm niej nie w pierwotnym.
Pojęcia nasze zm ieniają się w m iarę narastania trudności. Kilka przykładów naszej przemienności pojęć marginesowo biologicz
nych: atm osfera pierw otnie była jednak beztlenowa, azot pier
wiastkowy wg nowszych pojęć nie wchodził w skład powietrza, węgiel znajdował się w postaci nie dw utlenku lecz zredukowanej, prom ieniowanie słoneczne oraz kosmiczne wyrażało się innymi wielkościami. Jest pewne wreszcie, że cały tlen ziemski związały cztery pierw iastki chemiczne: krzem, wodór, glin i żelazo.
Bogaty św iat zwierzęcy okresu kam bryjskiego wym agał już poważnych rezerw wolnego tlenu. Organizmy autotroficzne foto- syntetyzujące wym 3gają również tlenu. Ostatecznie dochodzimy do wniosku, że jedynie Życie rozwija samo Życie. Nowsze badania biocenotyczne, zasady współczesnej ekologii rozumianej ewolu
cyjnie wykazują, że mechanizmy ewolucji są-niezmiernie skompli
kowane i to nie tyle od strony warunków środowiskowych, lecz
w obrębie samego Życia. Ewolucja w biologii to problem ledwo rozpoczęty. Ponieważ ew olucja to w pierwszym rzędzie spraw a środowiska i jego w pływ u na organizm, dlatego dobrze będzie przytoczyć tu taj zdanie, które w ygłosił na ten tem at Pirie (1952):
„W szystkie te poglądy, jak zresztą w iele innych, są głoszone przez astronomów i fizyków, których uważa się za autorytety w tej mierze. Dlatego w łaśnie m am y mnóstwo różnych wiadomości, a właściwie mało wiedzy o środowisku, w którym mogło powstać życie11.
Co wobec tego można dokładnego powiedzieć o ewolucji w ogóle poza tym, co zrobił Darwin, skoro nie tylko nie sposób jest określić rozm iary ewolucji, ale sama definicja życia jest fak
tem spornym ? Lapidarne określenie ewolucyjności podali autorzy am erykańscy znanej książki Zasady ekologii zwierząt. „Życie w y
kazuje ogólną progresyw ną zmianę w czasie'1.
krzemowe
\
siarkowe term icane
obecna snutego
best-łlenoue
Schem at można tłumaczyć w ielorako: a) hipotetyczny organizm
pierw otny podejm uje szereg prób syntezy zyskując potrzebną do
tego energię na różnej drodze. Relikty tych prób pozostały do dzisiaj jako bakterie żelaziste, manganowe, azotowe, beztlenowe, wodorowe, metanowe, siarkowe, fosforowe i zapewne też krze
mowe. Byłby to więc „początek" ewolucyjnego szeregu form ży
ciowych, wielokierunkowa inicjacja syntezy w procesie wysekcjo- nowania mechanizmu najodpowiedniejszego dla autotrofizmu.
b) można rów nie dobrze sądzić, że to nie tyle „początek" obec
nego szeregu ewolucyjnego, lecz „koniec" nie egzystującej już linii rozwojowej Życia ze śladam i w ykorzystyw ania siarkowodoru, tlenków żelaza, azotu pierwiastkowego, m anganu, krzemu, w atmo
sferze pozbawionej tlenu. Jesteśm y w analogicznej sytuacji jak w geologii według niektórych badaczy, nie wiemy, czy żyjemy w okresie m iędzyglacjalnym czy też glacjalnym.
c) albo też m am y do czynienia z bardzo starym izomorfizmem biologicznym, a raczej biochemicznym ściśle, na wzór mineralo
giczny. S trukturę przestrzenną, a więc formę energetyczną kry
ształu w ypełnia inna treść chemiczna pozostawiając daw ny układ przestrżenno-energetyczny już niewłaściwy sobie.
Nie wiemy, czy białko, a właściwiej wszelkie związki węglowe, nawiązało do tradycji nieorganicznych Życia z daiekiej przeszłości szukając wyzwolenia z heterotrofizm u, czy też posiadam y rzeczy
wiste relikty rodzimego autotrofizm u (z okresu czasu nie objętego schematem ew olucyjnym dzisiaj). Ten rodzim y autotrofizm w jakiś nieznany nam sposób doprowadził do obecnej postaci białkowej.
d) wreszcie nie wiemy, czy m am y do czynienia ze specjalną wybiórczością prastarych form życiowych pomiędzy pierw iast
kami chemicznymi dającym i pew ne optim um na trw anie, czy też wymienione relikty są biologiczną reprezentacją ówczesnych w a runków środowiskowych. Ciekawa byłaby w tedy rola węgla w ży
wym ustroju najpierw otniejszych form przy stosunkowo nikłej występowalności węgla w przyrodzie. W drugim w ypadku nale
żałoby oczekiwać ustrojów glinokrzemianowych, glinowych oraz tylko krzemowych. Tych ostatnich zdaje się relikty posiadamy obecnie. -
5. Zestawienie obu linii ew olucyjnych każe przypuszczać, że
na przestrzeni prekam bru, kam bru oraz połowy przynajm niej sy-
luru nic się większego w śród roślin nie wydarzyło. Jedyne większe przedsięwzięcie to próba połączenia obu linii rozwojowych i to po
dejm ow ana dwojako: jako sposób odżywiania autotroficzny i hete- rotroficzny jednocześnie zależnie od warunków, albo w form ie stałej symbiozy u grzybów i porostów. W tych sam ych w arunkach środowiska wodnego linia ew olucyjna zwierząt zdołała posiadać już wszystkie formy, a naw et w ytworzyć kręgowce pod koniec syluru. Poza próbą ratow ania swego autotrofizm u przez symbiozę (grzyby, porosty) rośliny w ytw orzyły pod koniec syluru lądowe psylofity. Linia zwierzęca w ykazuje większe „rozkołysanie", dyna
miczny niepokój form ewolucyjnych.
Już w kam brze widać, że zw ierzęta m ają skądś bogatą „prak
ty k ę11 ewolucyjną, gdy tymczasem rośliny depczą dopiero własną drogę.
6. Z ewolucji morfologicznej wyprowadzono prawo rozwojowe:
Życie je st funkcją środowiska. Stosując to praw o można w y tłu maczyć pow stanie skrzydeł u ptaków, płetw i pęcherza pławnego u ryb, skrzel albo płuc itp. Praw o tak sform ułowane jest płodem samej ew olucji pojm owanej morfologicznie. Po rozszerzeniu zasady ewolucyjnej na biochemię i biofizykę (do czego upoważnia sama istota Życia), należałoby przypisać w yjątkow e znaczenie bioche
miczne u podstaw Życia takim pierw iastkom jak krzem, tlen, glin, żelazo. Stanowią one w sumie niem al 87% całej skorupy ziemskiej. Z punktu natom iast biofizyki wym aga specjalnego uw zględnienia prom ieniowanie i to nie tylko świetlne.
A daptacje biochemiczne organizmu są tym łatwiejsze, im jed
nostka system atyczna jest m niej zaawansow ana w szeregu filo
genetycznym oraz proporcja powierzchni do objętości jest na korzyść pierw szej.
Z pew nością praw o ew olucyjne „Życie jest funkcją środowi
ska" będzie miało zupełnie inne w alory u jednostek „zaharto
w anych" ew olucyjnie obecnych postaci Życia. Dzisiejsze form y m ają u gatunków filogenetycznie starszych olbrzym ią „tradycję"
ew olucyjną. Organizm y najpierw otniejsze (protoorganizmy) po
zbawione balastu ewolucyjnego, nie podległe jeszcze w ty m
stopniu prawom biocenotycznym co dzisiaj, m usiały być najczyst
szym zrealizowaniem zasady — Życie jest funkcją środowiska.
7. Ewolucja m orfologiczno-funkcjonalna stw ierdzona przez D arw ina nasuwa pew ne wnioski, czytelne zresztą z rysunku 1.
a) gwałtowny rozwój św iata zwierzęcego w kam brze dowodzi nie tylko pew nej „praktyki" dającej szansę na rozkołysanie ewo
lucyjne tej linii, ale może również dowodzić istnienia pewnego
„modelu" morfologii rozwojowej, modelu „wypracow anego" przez Życie dużo wcześniej.
b) linia rozwojowa roślin wykazuje odm ienną zupełnie ry t
mikę, start, oraz czasokresy wielkich skoków ewolucyjnych.
Spraw a korelacji między stru k tu rą biochemiczną a morfologią jest zdaje się rzeczą całkowicie otwartą. W jaki sposób struktury poszczególnych drobin m aterii ożywionej sum ują się do określo
nego schematu morfologicznego? Przenosząc pun k t a) z morfologii ri o biochemii można snuć przypuszczenia, że niezm iernie skompli
kowany obraz biochemiczny naw et niezaawansowanych system a
tycznie form organicznych wzorować się może n a jakim ś modelu z prehistorii Życia. Jednokomórkowy organizm nie jest wcale mniej doskonały biochemicznie od ssaka. S ta rt biochem iczny Ży
cia jest niezwykle wysoki. Linia ewolucyjna biochemiczna nanie
siona na wykres morfologiczny ewolucji D arw ina nie będzie w y
kazywała ustawicznej progresji ,'form " biochemicznych.
Można przypuszczać nie bez powodu, że ew olucja bioche
miczna z wysokim startem m usiała mieć jakiś „wypracow any"
przez Życie model w czasach nie objętych ewolucją Darwina.
8. Ewolucja odznacza się ortogenezą, czyli jednokierunko
wością zmian. W przypadku progresywnego rozwoju jakiegoś organu jako w yrazu dopasowania się do środowiska ustrój żywy nie cofa się na pozycje wyjściowe naw et przy nawrocie .okolicz
ności środowiskowych. P rzy radykalnej zmianie w arunków na
byta specjalizacja może się okazać wręcz paradoksalna. Organizm
jako gatunek raczej ginie, a nie wycofuje się z przyjętej linii
rozwojowej. Praw o nieodwracalności rozwojowej sform ułował
Dollo.
Zakładam y nie bez słusznością że istnieje jakaś korelacja m ię
dzy morfologią i biochemią żywego ustroju, choć nie potrafim y jeszcze sprecyzować praw tej korelacji. Na przykładzie wyglą
dałoby to m niej więcej tak: m am y organizmy o szkielecie k rz e
mionkowym, w apiennym lub sponginowym u gąbek oraz okry
w y chitynowe, w apienne lub krzemionkowe u różnych grup syste
matycznych. W linii ewolucyjnej dotyczącej szkieletyzacji okazała się biochemia w apienna najbardziej żywotDa, doprowadzając do postaci megalicznych u gadów kopalnych i ssaków obecnych.
Z okryw linia rozwojowa chitynow a okazała się dynamiczna u owadów, w apienna doprowadziła znów do postaci megalicznych u amonitów, natom iast biochemią krzemionkowa okazała się mało żyw otna (okrzemki Radiolaria, Heliozoa, niektóre gąbki).
Należy więc przypuszczać istnienie „skam ieniałości' bioche
micznych p rz e w o d n ic h 'p o d o b n ie jak posiadam y je rzeczywiście w morfologii. O decydującym znaczeniu będzie tu taj modyfikacja w stopniu w ybitnym samego środowiska np. zm iana oceanu pre- kam bryjskiego z zasadowego na obojętny, zm iana radykalna ka
tionów czy anionów itp. Nie pow inny też być wykluczone żywe re lik ty biochemiczne, owe ślepe ulice rozwojowe zachowane n ie
licznie do dzisiaj. Ewolucja darw inistow ska nie oprocentow ała się jeszcze należycie przez 100 la t w biologii. Ewolucja jest mimo w szystko dopiero teorią początkową.
9. K onserw atyzm i zmienność. W obrębie ew o lu c ji. istnieje sprzeczność tru d n a w tej chwili do rozw iązania całkowitego.
W łaściwie łatw iej przychodzi w yjaśnić przyczynę zmienności jako rezu ltatu rozgryw ania środowiska energetycznego przez organizm.
Selekcja n a tu ra ln a dokonuje reszty. Dlaczego jednak glony i p ier
w otniaki dały kiedyś „rozbieg11 dla całej ew olucji roślin i zwie- rząd- do okrytonasiennych i ssaków włącznie, a same zachowały swoją trw ałość gatunkow ą przez niem al 2 m iliardy la t podlegając rów nież kaprysom tego samego środowiska? Co wobec tego z p u n k tu interesów gatunku jest cechą bardziej pożądaną: pla
styczność organizm u czy jego konserwatyzm?
Zagadnienie plastyki i konserw atyzm u rozwiązuje żywy ustrój
rozmaicie. Nie m a wobec tego ewolucji jako pewnego szablonu.
Ewolucja nie przekreśla trwałości form, łączy progresję z tożsa
mością. Niekiedy organizm w ykazuje w yjątkow ą trwałość jakiejś cechy oraz wielką zmienność innej. Łączą się w tedy sprzeczności w obrębie jednego osobnika, np. ssaki łożyskowe ujaw niły w ewo
lucji w yjątkow ą plastyczność kończyn i uzębienia przy stałości kręgów szyjnych, .choć rozmiary szyi uległy dosyć dużym waha
niom. U gadów i ptaków natom iast długość szyi jest zależna od ilości kręgów. Ta przeważnie ulega tutaj dużym zmianom.
Należy słusznie przypuszczać, że ewolucja struk tu raln a opiera się w zasadzie na biochemicznej, podstawą bowiem wszystkiego, co się dokonuje w organizmie, jest metabolizm. Może nowy człon zmienności organicznej, ewolucja biofizyczna, łącznie z teorią pola biologicznego w yjaśni to zagadnienie. W każdym razie nie ma potrzeby zacieśniać pojęcia stabilności i zmienności do samej tylko ewolucji morfologicznej.
a) stabilność biochemiczna i zmienność strukturalna, np. szkie
let w apienny u korali (paleozoiczne Tetracorallia, mezozoiczne }Jexacorallia czy Octocorallia),
b) stabilność strukturalna i zmienność biochemiczna, np. szkie
let u gąbek krzemionkowy, sponginowy i wapienny,
c) można też przypuszczać częściową stabilność biochemiczną
7. częściową zmiennością. Tak należałoby rozumieć żywe skam ie
niałości biochemiczne jak bakterie żelaziste, siarczane, wodorowe, fosforowe, oraz organizmy krzemionkowe jak Heliozoa, Testacea, Radiolaria, Diatomeae. Do tej samej grupy łączącej stabilność z częściową zmiennością biochemiczną można zaliczyć gąbki krze
mionkowe oraz porosty krzemionkowe (te ostatnie jak Lecanora, Lecideae, Parmelia stygia, P. alpea).
O ile ta kom binacja ewolucji biochemicznej z morfologiczną jest słuszna, w tedy należy przypuszczać, że wym ienione orga
nizmy o norm alnym metabolizmie białek, węglowodanów i lipi
dów zachowały relikty biochemiczne już obecnie nie spotykane poza nimi. Nie powinno wobec tego być dziwne w yrażenie: „żywe skamieniałości biochemiczne".
10. W związku z tym należy podkreślić, że ew olucja dokonuje
się antagonistycznie. Ogólne dopasowanie się organizm u do śro
dowiska nie- jest bierną akomodacją obliczoną na przetrw anie tylko. Ewolucja to proces dynam iczny nie tylko z powodu orto- genezy w progresji. Rozwój i przemienność organizm u to wynik w ew nętrznych sprzeczności narastających coraz bardziej. Ewo
lucja dokonuje się paradoksami. Rozwój to w ynik ostateczny kontrastów. Jeden z nich był wspom niany wyżej — konserwatyzm i plastyczność. N astępny to zmienność i dziedziczność. G atunki filogenetycznie starsze jak pierw otniaki, gąbki, glony w ytw o
rzyły w sobie mimo tak w ielokrotnie zm ieniające się środowisko m echanizm y ham ow ania ewolucji, pew ien „instynkt" utrzym ania swej tożsamości przy całej tolerancji na zmiany środowiska.
Ewolucja biochemiczna rozw ija się widocznie również antago- nistycznie rozum iejąc przez to przeciw staw ne zespoły chemiczne anabolizm u i katabolizm u, układu redox, enzymów i buforów.
R ezultatem tak rozgryw anych sprzeczności przy zmiennej wiel
kości oddziaływ ania środowiska może być nowe zupełnie rozwią
zanie szczegółu biochemicznego. Postacie reliktow e będą najczyst
szym w yrazem tego antagonizmu. R elikty biochemiczne wspom
niane wyżej zasługują na większe zainteresow anie i to nie jedy
nie z ty tu łu opieki nad „zabytkam i biologicznymi". Ocalały szczegół obcy dla konstrukcji biochemicznej Życia obecnie-po
zwoli odtworzyć drogi, które doprowadziły do chemii fizjologicz
nej obecnych form. Ekstrapolacja biochemiczna poczyniona w tedy doprowadzi z dużym prawdopodobieństwem do rekonstrukcji istoty Życia w zakresie nie objętym ewolucją morfologiczną Darwina.
11. Form y przejściowe. Rzeczywistą podstaw ą ewolucji m or
fologicznej jest paleontologia. Ona też dostarcza przeważnie do
wodów. Żywe relik ty jak dziobak, kolczatka, hbatzin są wielką rzadkością ewolucyjną. Mimo podstawowej roli, jaką spełnia pale
ontologia, trzeba podkreślić b rak form przejściowych między gro
m adam i i rzędami. Je st to zjawisko tak powszechne, że można je nazw ać praw em ewolucji. Nie znaleziono ogniw pośrednicn pom iędzy grom adam i ryb i płazów, praw ie nie m am y pośrednich form między grom adam i płazów i gadów. Jednostki taksono
miczne w obrębie gadów i ssaków w ykazują istnienie luk i to po
ważnych. D arw in sądził, że owa niekompletność paleontologiczna jest tylko w ynikiem naszej nieznajomości m ateriału kopalnego.
Dzisiaj już inaczej patrzym y na to zjawisko. Jesteśm y raczej skłonni przyjąć, że pośrednich form nie należy oczekiwać choćby dlatego, że ich okres istnienia był krótki. Wreszcie słusznie na
leży przypuszczać, że form y przejściowe, nie były nigdy liczne.
Skoro tak przedstaw iają się spraw y z ewolucją morfologiczną, nie należy oczekiwać wielu reliktów ewolucji biochemicznej.
Ewolucję morfologiczną i biochemiczną można zapewne zestawić tylko w ogólnym schemacie zmienności oraz mechanizmów po
wodujących wariacje. Pewne cechy m utatis m utandis można bę
dzie przenieść z ewolucji darwinistycznej na biochemiczną. Tę ostatnią zapewne rozwinie i uzasadni biochemia porównawcza, podobnie jak anatom ia i fizjologia porównawcza potwierdziły ewolucję w pojęciu Darwina. Form przejściowych należy się spo
dziewać w ewolucji biochemicznej jeszcze mniej.
Skokowość w ewolucji biochemicznej m ogłaby więc obejmo
wać częściową lub kom pletną zmianę metabolizm u, wyelimino
wanie lub wprowadzenie nowej stru k tu ry chemicznej, wym ianę parcjalną lub zupełną jakiegoś pierw iastka chemicznego. Ewolu
cja biochemiczna łącznie ze skokowością zjaw iska może tyczyć substancji, stru k tu ry lub procesu przemian.
Zdaje się, że zestaw ewolucji morfologicznej D arw ina z ew o
lucją biochemiczną, szukanie analogii m iędzy nim i jest nie tylko uzasadnione, ale stanowi jedyną racjonalną być może drogę do wyznaczenia kierunku rozwojowego biochemicznego.
*
Prowadząc paralelę między ewolucją D arw ina a ew entualną ewolucją biochemiczną padło kilka razy słowo „krzem " (Si symb.
chem.). Kom ponenta Si jest zjawiskiem norm alnym w świecie organicznym, choć nie doczekała się jeszcze rozpracowania w bio
logii. Wobec tego jest tym, czym wypełniacz w kauczuku zwiększa jego masę, twardość. Może być zastąpiony czym innym.
N atura wypełniacza nie ma najczęściej znaczenia pierwszorzęd
nego. Niekrasow w yraża się w swoim podręczniku chemii ogólnej
(1955): „Biologiczna rola krzem u dotychczas nje jest wyjaśniona".
Szukanie dopiero krzem u w spopielonej masie nie sprzyja bada
niom nad jego rolą biochemiczną.
Dane liczbowe odnoszą się do % S i0 2 w popiele (Gmelin- -K rauts 1912).
ziarno ozimej pszenicy . 5,91 fr5 0,00 ziarno ozimego jęczmienia 17,87 - 16,73
z ia rn o ' owsa 55,95 — 33,46
nasiona grochu 3,02 - 0,00
badyle grochu 21,35 - 0,56
drew no bukowe 5,09
kora bukowa 17,97
liście buka w jesieni 48,12 - 36,18 drew no świerkowe 36,18 - 6,30
igły świerkowe 70,73
wrzos •48,55 •;-* 6,99
m chy 61,76" - 10,90
porosty 70,34 - 0,9
grzyby 15j37 - 0,09
krew kurza 1,34
pióra 2;16 - 4,48
mięso 0,0826
aorta 0,2846
ścięgno 0,4864
drożdże 0,92 1,88
bakterie 0,57 H 0,60
Ciało człowieka zaw iera średnio 0,1 %. Krew ludzka praw i
ekowa zaw iera 1,5 — 1,0 mg % v krzem ionki (Supniewski).
W zestaw ieniu uderza w ybitna różnica m iędzy św iatem zwie
rzęcym i roślinnym . Być może w drugim w ypadku m am y w tórną inkrustację krzemionką. Godną podkreślenia rzeczą jest różnica wiekowa, mianowicie tkanka zwierzęca młodsza zaw iera więcej krzem ionki jak starsza. U człowieka z biegiem lat zawartość krze
mionki w organizm ie spada. Wreszcie tkan k a niezróżnicowana jak
łączna oraz bliznow ata zaw ierają również więcej krzemu.
Do tego dorzućmy wym ienione „relikty biochemiczne11 w po
staci krzemionkowych Protozoa, gąbek, porostów. Nie ma ani jednego szczegółu biochemicznego, który nie byłby wbudowany w organizm metabolitycznie... Żywy ustrój jest swego rodzaju transform atorem biochemicznym. Komponenta krzem u naw et ja
ko m ikroelem entu nie może pozostawać poza biochemicznym zainteresowaniem organizmu.
Krzem wym aga całego system u enzymatycznego przystoso
wanego li tylko do gospodarki tym pierw iastkiem chemicznym w organizmie. Kahle, Robin, Schultz utrzym ują, że trzustka pro
wadzi gospodarkę krzemową. P rzy zabliźnianiu ra n wyraźnie spada ilość krzem u w trzustce. To samo tyczy gruźlicy. Według niektórych opinii istnieje też zwiększenie ilości krzem u w orga
nizmie przy nowotworach. Stwierdzono związek między więk
szym występowaniem raka a obecnością związków krzemowych w wodzie. Krzem w określonych w arunkach w yw iera na bakterie działanie pobudzające (Rippel-Baldes 1955), Raleigh (1939) stw ier
dził, że w brew powszechnemu m niem aniu dotychczas w nauce krzem m a istotne znaczenie w odżywianiu roślin.
Nie od rzeczy będzie tutaj uczynić pew ną notatkę „bibliogra- ficzną“, mianowicie wiadomości o krzem ie są w pracach biolo
gicznych tylko najczęściej marginesowe, tak dalece, że nie warto ich naw et umieszczać w skorowidzu rzeczowym. Pierw iastek ten na ogół nie budził większego zainteresow ania u biologów. Sze
roko rozpracowany jest tylko w petrografii, m ineralogii, obecnie w chemii nieorganicznej i organicznej ze względu na perspekty
wa y przemysłowe. Tworzywa sztuczne silikonowe są m ateriałem przyszłości technicznej. Należy przypuszczać, że chemia orga
niczna krzem u będzie m iała drogę rozwojową odw rotną jak che-' mia węgla. Ta ostatnia rozwijała się bowiem pod urokiem żywego laboratorium przyrody. Chemia organiczna krzem u po wielkim zakolu interesów przem ysłowych człowieka tra fi dopiero do przy
rody ożywionej.
Na podstawie szczupłych danych dotyczących występowania
krzemu i jego roli w Życiu można jednak wyprowadzić już kilka
wniosków, być może nie przekraczających walorem hipotezy ro
boczej. Można je nazwać tylko rzutam i myślowymi na problem niem al obcy biologii. Ńie będzie to zdaje się zbytnią przesadą, jeśli powiem, że wnioski te staną się m ateriałem do badań przy
szłych nad niezm iernie ciekawym i zdaje się .bogatym w następ
stw a zagadnieniem.
Z E B U A N IE W N IO S K Ó W
1. K rzem jest norm alną kom ponentą żywego ustroju.
2. Należy przypuszczać różne tło genetyczne dla krzem u w sze
regach ew olucyjnych zw ierząt i roślin.
3. W filogenetycznie starszych form ach krzem spełnia, zdaje się, donioślejszą rolę.
4. Ontogenetycznie krzem w ystępuje w osobnikach młodszych i tkance histogenetycznie młodszej (tkanka łączna, bliznowata, bujająca u nowotworów).
5. Obecność krzem u w organizm ach świadczy, być może, o je
go w ybitnej kiedyś roli w historii Życia na Ziemi.
6. Jeśli słuszna jest zasada o rozw oju organu i jego m arnieniu w przeciw nym w ypadku, to w transpozycji biochemicznej nale
żałoby rolę krzem u w organizmie poczytać jako pozycję ocalałą z doniosłego kiedyś przeznaczenia.
7. Jed n y m z przejaw ów starzenia się organizm u przynajm niej u człowieka stw ierdzonym jest ubytek krzemu.
8. Rola krzem u w organiżmie nie ogranicza się tylko do zadań w ypełniacza czy też czynnika usztyw niającego tkankę u roślin.
9. P raca laboratoryjna nad krzem em jest utrudniona ze wzglę
du na jego rozpuszczanie się tylko w kw asie fluorowodorowym.
10. K rzem uszedł uwadze badaczy z powodu pospolitości jego w ystępowania. Badania natom iast in vitro były z góry skazane na pominięcie tego pierw iastka.
11. M ikroelem ent krzem u mógł mieć dwie drogi genetyczne — albo wszedł później jako kom ponenta do m aterii organicznej, albo jest zredukow anym istotnym kiedyś składnikiem.
12. Nie jest wykluczone, że obecne powszechne występowanie
krzem u jest „pamięcią" ew olucyjną obecnego Życia.
13. W przypadku późniejszej kom ponenty krzemowej nale
żałoby się spodziewać wybitnej roli tego pierw iastka w katali
zowaniu procesów. Jak wówczas wytłumaczyć jego hipertrofię u form krzemionkowych filogenetycznie starszych?
14. W przypadku zredukowanej roli kiedyś, należałoby się zapytać, co zadecydowało w historii Życia na Ziemi o tym ogra
niczeniu roli krzemu? Co zastąpiło jego udział w procesach ży
ciowych?
15. Zm iana roli krzem u w Życiu mogła się dokonać na skutek wariacji środowiska cceanu prekam bryjskiego.
16. Istnieją zapewne pierw iastki chemiczne w ystępujące w
„symbiozie" biochemicznej z krzem em w żyw ym ustroju. Być może jest to glin lub żelazo.
17. W inien istnieć rów nież jakiś antagonizm biogenetyczny między krzemem i jakimś innym pierw iastkiem względnie grupą chemiczną.
18. Zjawienie się węgla w konstrukcji Życia nie jest sprawą tak prostą, jak to przyjm ują dotychczasowe teorie o genezie Życia.
19. W yjaśnienie biogenetyczne krzem u i węgla w żywym ustroju jest trudnością tego samego rzędu.
20. W teorii i praktyce winno być możliwe „rozchwianie"
obecnego metabolizmu z częściowym podstawieniem węgla przez krzem.
21. Przejście krzem u do roli m ikroelem entu dokonywało się na skutek bardziej w ydajnych reakcji chemicznych w żywej dro
binie. W „biochemicznej" walce o by t krzem ustąpił spraw niej
szemu układowi opartem u na węglu.
22. Znamy dokum ent tej walki w historii Życia na Ziemi w postaci m ikroelem entu krzem u występującego w każdej jed
nostce biologicznej.
23. Posiadamy żywe relikty w postaci organizmów, gdzie
krzem odgrywał donioślejszą rolę (Heliozoa, Radiolaria, okrzemki,
gąbki, porosty itp.).
24. Ta redukcja krzem u i jego roli jest w jakim ś dalekim związku z olbrzymim skokiem w linii rozwojowej między pre- kam brem i kambrem.
25. Ewolucja m orfologiczno-funkcjonalna D arw ina nie w y
czerpuje zmienności organizmu.
26. Należy przyjąć ew olucję biochemiczną i to nie tylko w ra
m ach wyznaczonych przez schem at obecnego metabolizmu.
27. Poniew aż relikty „morfologiczne krzem u1' w form ie ska
m ieniałości są obecnie niemożliwe do zidentyfikow ania, należy poszukiwać reliktów krzem owych w obecnych jednostkach Życia.
28. Owe relik ty krzemowe żywe w inny obejmować trzy mo
m enty: relik ty substancjalne, relikty strukturalne, relikty fu n k cjonalne.
29. K orelacja glinokrzemianowego m ateriału petrograficznego i zasadowego oceanu prekam bryjskiego z kom ponentą krzemu w ustrojach żywych obecnie nie zdaje się być jedynie przypad
kową zbieżnością.
30. Należy przypuszczać istnienie enzymów dla gospodarki krzemowej w organizmie.
S F O R M U Ł O W A N IE T E O R I I
