Matt Kaboom Matt Kaboom
722
BLOG

Dlaczego lubimy cukier

Matt Kaboom Matt Kaboom Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 35
Około 50 milionów lat temu doszło do ciekawej "współpracy" między roślinami a zwierzętami. Rośliny poszukiwały skuteczniejszego sposobu na rozprzestrzenianie swoich zapylonych nasion. Zwierzęta z kolei poszukiwały skuteczniejszego sposobu na realizację swoich reprodukcyjnych celów. 

 
Powyższe zdanie jest silne antropomorficzne. Oczywiście ani rośliny, ani zwierzęta nie "poszukiwały" w ludzkim tego słowa znaczeniu. Zwierzęta nie chodziły od sasa do lasa i szukały jakby się lepiej tutaj reprodukować. Ani rośliny, ani zwierzęta nie zastanawiały się całymi dniami, czy choćby przez minutę, kogo lub co należy bzyknąć żeby lepiej realizować swój reprodukcyjny cel. Rośliny i zwierzęta "poszukiwały sposobu" w ewolucyjnym tego słowa znaczeniu. Nie znaczy to znów, że ewolucja się zastanawiała z kim i kto ma się bzykać. Antropomorfizacja działań ewolucji jest bardzo wygodnym uproszczeniem, ale jeśli ktoś nie zrozumie tego uproszczenia i będzie brał takie zdanie dosłownie to nie będzie w stanie zrozumieć jak działa ewolucja. Poszukiwanie drogi w ewolucyjnym tego słowa znaczeniu znaczy tyle, co dobór naturalny (lub inny, na przykład płciowy) losowych mutacji zwiększający występowanie danej cechy w populacji.

 
Tłumacząc więc z polskiego: Rośliny "poszukujące" skuteczniejszego sposobu na rozprzestrzenianie nasion to rośliny wśród których pojawiają się mutacje mające wpływ na owo rozprzestrzenianie. Dobór naturalny preferuje taką mutację w wyniku czego rośliny z mutacją rozprzestrzeniają się szybciej niż rośliny bez tej mutacji. Jeśli mutacja nie jest przez dobór faworyzowana, to jest albo obojętna i jej rozprzestrzenienie się jest zależne od właściwości genów współwystępujących w raz z nią w danym organizmie; albo mutacja jest szkodliwa w wyniku czego potomkowie rośliny będą mieli mniejsze szanse na powielenie swoich genów, więc wcześniej czy później wymrą bezpotomnie a wraz z nimi fatalna mutacja. To jest poszukiwanie przez rośliny w sensie ewolucyjnym.

 
Analogicznie ze zwierzętami: chcąc realizować swoje cele reprodukcyjne również nie zastanawiają się, co mają zrobić, żeby być skuteczniejszymi. Napędza je ślepy mechanizm ewolucji: losowa mutacja jest albo korzystna, albo niekorzystna. Korzystna będzie preferowana przez dobór, niekorzystna będzie prowadziła do zmniejszenia szansy reprodukcji, więc w ostatecznym efekcie - do eliminacji osobnika wraz z fatalną mutacją.

 
"Współpraca" ewolucyjna między różnymi organizmami jest rzeczą dość powszechną i nosi nazwę koewolucji. Oczywiście nie jest tak, że jeż podchodzi do jabłonki i mówi: "daj mi zjeść twoje jabłko, to ci później porozrzucam pestki". Mam nadzieję, że nikt tak tego nie rozumie i takiego rozumienia nie przypisuje innym. Cudzysłów we "współpracy" jest bardzo na miejscu: koewolucja oznacza nie tylko współpracę z obopólna korzyścią, ale ogólnie ewolucyjne oddziaływanie jednego organizmu na inny. Klasycznym przykładem jest tutaj koewolucja drapieżnika i jego ofiary: odpowiedzią na większą szybkość drapieżnika jest większa szybkość ofiary; odpowiedzią na lepsze maskowanie się ofiary jest większa czułość oka drapieżnika. Lew jest idealnie przystosowany do łapania antylop, zaś antylopy są idealnie przystosowane do uniknięcia paszczy lwa. Ewolucyjny wyścig zbrojeń. Inny przykład koewolucji to kwiaty które mogą być zapylane przez tylko jeden odpowiedni im gatunek owadów (np. storczyki). Pasożytnictwo również jest przykładem koewolucji - pasożyt musi się dostosowywać do zmieniającego się genetycznie otoczenia, żywiciel musi się uodparniać na przykład na toksyny pasożyta.

 
Po tych przydługich wyjaśnieniach, zrobionych aby uniknąć głupich pytań w stylu: "jak to rośliny chciały?" czas wrócić do głównego wątku. Mamy więc rośliny poszukujące skuteczniejszych metod rozprzestrzeniania się. Jedną powszechniejszych było wówczas szybowanie z wiatrem. Miało to swoje korzyści: rośliny były niezależne od innych organizmów, mogły całe swoje zasoby poświęcać na produkcję nasionek i latawców do nich. Miało to też wady: aby rozrzucić nasiona jak najszerzej rośliny musiały zmniejszać ich ciężar, a więc - zmniejszać ilość zasobów jakie do dyspozycji miało nasienie. Zmniejszało to oczywiście szansę na skuteczne wykiełkowanie, ale coś za coś - cięższe ziarno zaleciałoby bliżej. Na przykład spadłoby tuż obok. A jeśli większość nasion spadnie blisko siebie, a miejsce będzie niekorzystne dla rozwoju, to mała szansa, że cokolwiek wykiełkuje. Przy dużym rozrzucie jest większa szansa, że któremuś się poszczęści. Do tego balansu ekonomicznego należy jeszcze wliczyć koszt latawca. Większy latawiec poleci dalej, ale jego budowa pochłonie więcej zasobów, które mogłyby być przeznaczone na wyprodukowanie większej liczby nasion z mniejszymi latawcami. A może w ogóle zrezygnować z latawca i całość poświęcić na produkcję nasion? To typowe przykłady ewolucyjnej ekonomii.

 
Poszukiwanie nowych metod rozprzestrzeniania się to mogło być poszukiwanie nowych wzorów latawców, wielkości nasion, proporcji między rozmiarem nasion a latawca albo... składu chemicznego nasion. W nasionach pojawił się cukier.

 
Drugą stroną koewolucji były zwierzęta również poszukujące metody na skuteczniejsze rozmnażanie. Powtórzę się po raz ostatni: nie zastanawiały się one, jak i co mają zrobić. Robiły to całkowicie bezwiednie, realizując program genów.

 
Oczywistą oczywistością jest (zacytuję klasyka) stwierdzenie, że zwierzęta od roślin różni bardzo wiele. Zwierzę musi aktywnie zdobywać pożywienie - nigdy nie wie kiedy następny raz będzie jadło. Zwierze je kiedy tylko może, magazynując chwilowe nadwyżki w postaci tkanki tłuszczowej. W razie problemów z kolacją czerpie energię z zapasów. W realnym świecie zasoby nie są nieskończone. Jeżeli zwierzę zbyt wiele czasu i zasobów poświęci na zdobywanie pożywienia dla siebie, to będzie go miało mniej na reprodukcję (i ewentualnie wszystko co z reprodukcją związane, np. budowę gniazda, opiekę nad potomstwem). Jeśli poświęci za dużo zasobów na reprodukcję, to może chwilowo doczeka się liczniejszego potomstwa, ale w wymiarze całego życia ma większe szanse na zaproszenie na kolację raczej w charakterze głównego dania niż głównego konsumenta, więc w sumie dochowa się mniejszej liczby potomstwa. Gdzieś między tymi skrajnymi stanowiskami musi istnieć optymalny stosunek zasobów jaki może być poświęcony na zdobywanie pożywienia do zasobów przeznaczanych na reprodukcję.

 
Podobnie jak rośliny tak i zwierzęta poszukiwały bardziej ekonomicznego sposobu na reprodukcję. I im również z pomocą przyszedł cukier.

 
Cukier jest dość prostą cząsteczką organiczną, zbudowaną z bardzo powszechnych atomów. Jego istotną cechą jest jego wysoka energetyczność, o czym wie każdy miłośnik słodyczy spoglądający z niepokojem na wagę. W molekułach cukru nie ma jednak niczego, co byłoby "słodkie". Słodycz to tylko wrażenie jakie odbieramy kiedy nasze receptory smaku wykryją wysokoenergetyczne związki cukru. Molekuły cukru są natomiast samoistnie cenne dla organizmów, którym potrzebna jest energia, dlatego ewolucja sprawiła, że organizmy te mają wbudowana silną skłonność do preferowania tego, co zawiera cukry, czyli tego co odczuwamy jako słodkie. Dlatego rodzimy się z instynktownym upodobaniem do słodyczy - a im są one słodsze, tym lepiej.

 
Dla roślin wyprodukowanie ciężkich owoców pełnych cukrów to kosztowna inwestycja, wymagająca poświęcenia zasobów na korzyść innych organizmów. Ma jednak swoje zalety w porównaniu z roznoszeniem nasion wiatrem: roznoszą je zwierzęta, które raczej chodzą po terenach urodzajnych niż nieurodzajnych; wydalone przez zwierzę ziarno znajduje się w odpowiedniej otulinie ułatwiającej kiełkowanie; roślina może wyprodukować większe ziarno, czyli zaoferować potencjalnemu potomstwu lepszy start, bo odległość na jaką ziarno jest przenoszone nie jest już prosta pochodną od jego wielkości.

 
Korzyść dla zwierząt była oczywista: jeśli zwierze je cukier, to zdobywa więcej energii niż gdyby jadło coś innego. Jeśli szybciej zdobędzie więcej energii, to zdobyte zasoby będzie mogło przeznaczyć na wyprodukowanie większej liczby potomków, zapewnienie im lepszej opieki - zamiast gonić za jedzeniem będzie chronić małe; czy też zapewnienie im lepszego pożywienia - skoro rodzic może czerpać korzyści z cukru w roślinach to i jego potomstwo raczej też. 

 
Koewolucja utwierdziła tę wzajemną korzyść między rośliną a zwierzęciem, zaostrzając zdolność naszych przodków do wyróżniania cukru jako "słodkiego". Zaopatrzyła mianowicie zwierzęta w receptory reagujące bardzo pozytywnie na koncentrację wysokoenergetycznych cukrów. Ta pozytywna reakcja objawiała się - i nadal objawia - do odczuwania smaku słodkiego jako przyjemnego. Koewolucja pośrednio powiązała również te receptory z mechanizmami poszukiwania - nasz przodek aktywnie poszukiwał słodkich owoców, bo mu smakowały, im bardziej mu smakowały, tym bardziej ich poszukiwał z każdym pokoleniem przekazując te cechy swojemu potomstwu. Jednocześnie nie musiał poświęcać na to więcej czasu, bo cukier dawał więcej energii niż cokolwiek innego, a i roślin owocowych było coraz więcej. Jeśli któryś z kompanów takiego amatora słodyczy nie lubił ich, to automatycznie zdobywał mniej energii i a jej zdobycie zajmowało mu więcej czasu, więc miał miej zasobów na reprodukcję. W efekcie gen programujący receptor słodkości jako wskaźnik na źródło energii i nagradzający znalezienie źródła energii przyjemnością rozprzestrzeniał się.

 
Rośliny i zwierzęta odniosły korzyści, a system doskonalił się z biegiem czasu. Efektem była zróżnicowana reprodukcja zwierząt owocożernych i wszystkożernych oraz roślin o jadalnych owocach. Największymi owocożercami są małpy antropoidalne, czyli te najbliżej spokrewnione z człowiekiem. Rośliny które "zdecydowały się" na produkcję jadalnych owoców musiały produkować atrakcyjne owoce, by współzawodniczyć między sobą - zawierające więcej cukrów, większe, bogato ubarwione. Czerwone jabłko wśród zielonych liści krzyczy "zjedz mnie" i jeśli tylko to zrobimy to pomożemy drzewu w realizacji przynajmniej części jego planu. Jednocześnie wypełnimy swój plan: zdobędziemy łatwą energię. Wszystko to ma sens ekonomiczny: jest to racjonalna transakcja, przeprowadzana przez wieki i oczywiście żadna roślina ani zwierzę nie musi czegokolwiek z tego rozumieć po to, by system prosperował.

 
Ślepe, pozbawione kierunku procesy ewolucyjne "odkrywają" wzory, które dobrze funkcjonują. Funkcjonują one dzięki rozmaitym swoim właściwościom, które retrospektywnie można opisać i ocenić tak, jakby stanowiły zamierzone skutki działań inteligentnych projektantów, znających z góry racjonalność danego projektu. Tyle, że to złudzenie zamierzonego projektu jest tylko złudzeniem.
Matt Kaboom
O mnie Matt Kaboom

"Nie wiedziałem że na świecie jest tylu idiotów dopóki nie zajrzałem do internetu" - znane powiedzenie przypisywane Stanisławowi Lemowi. Kiedyś mnie bawiło... Dopóki nie zajrzałem do internetu. I stwierdziłem, że świetnie się tutaj nadam. A że pisanie blogów jest teraz cool, trendy i każdy bloguje, to i ja założyłem tutaj bloga.

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie