Ludzie i zwierzęta: jak działa współpraca w przyrodzie

Maria Hawranek: Jak w biologii rozumie się współpracę?

Jonathan Silvertown: Najprościej rzecz ujmując, kooperacja następuje wtedy, kiedy osobniki wykonują jakieś czynności na korzyść innych jednostek, ponosząc przy tym koszty. Taka współpraca może się wydarzyć w obrębie gatunku i między gatunkami.

W swojej najnowszej książce opisuje Pan przykłady współpracy międzygatunkowej. Porosty, mątwy z fluorescencyjnymi bakteriami czy ludzie i wilki. Jakie warunki muszą zostać spełnione, by dwa gatunki zainicjowały współpracę?

Lubię myśleć o współpracujących organizmach jako o zespołach. Tworzenie się zespołów rządzi się określonymi prawami. Aby do niej doszło, korzyści płynące ze współpracy muszą przewyższać koszty.

Zatem potrzebna nam jest zgodność interesów członków drużyny, czyli sytuacja, w której każdy odnosi jakieś korzyści, niezależnie czy należą do tego samego, czy różnych gatunków. Korzyści mogą narastać dzięki liczebności. Gdybyśmy wzięli pod uwagę drużynę piłkarską, to najlepiej, aby na murawę wyszła cała jedenastka. Jeśli jeden z graczy otrzyma czerwoną kartkę, to drużyna znajdzie się w niekorzystnym położeniu. Czyli liczebność daje siłę. Drugą zaletą wynikającą z działania w drużynie jest podział pracy. Gdybyśmy umieścili wszystkich jedenastu zawodników w bramce, najlepszy rezultat, jakiego moglibyśmy się spodziewać, to 0-0. Tylko przy podziale ról zawodnicy mogą odnieść sukces jako drużyna. Każdy zespół odnosi korzyści właśnie z tych dwóch powodów – liczebności i robienia różnych rzeczy dla dobra ogółu.

Wspomniała pani o porostach. To ładny przykład podziału pracy, częsty w relacjach symbiozy. Współpracują ze sobą organizmy z dwóch zupełnie innych grup – glon i grzyb. Grzyb musi pozyskać wszystkie składniki odżywcze ze środowiska, nie potrafi sam łapać energii. Z kolei glon może dzięki temu partnerstwu rosnąć w miejscach, które inaczej byłyby dla niego niedostępne – wysokie skały na brzegach klifów czy nawet wnętrza kamieni. Ta kombinacja odniosła niezwykły sukces. W ewolucji wydarzyła się niezależnie mnóstwo razy. Porosty są wszędzie – spoglądam przez okno i widzę je na ścianie budynku, na powierzchni kamienia. Spoglądam naprzeciwko i widzę drzewo, którego gałęzie porastają. To bardzo dobrany zespół. Mamy co najmniej 27 tys. gatunków porostów, które w większości wyewoluowały w ciągu ostatnich 60 mln lat.

Przyjrzyjmy się innej parze: sepiolidy, należące do mątew, i bakterie bioluminescencyjne. Sepiolidy dzięki temu, że wpuszczają do swojego organizmu te bakterie, mogą stać się niewidoczne w czasie nocnych eskapad na polowanie – zlewają się ze świecącą powierzchnią wody niczym kameleony. A jakie korzyści odnosi bakteria?

Jak w hotelu: dostaje nocleg ze śniadaniem. Sepiolid co rano wyrzuca większość bakterii po tym, jak przez noc je nakarmi. W ciągu dnia te kilka bakterii, które zostaje wewnątrz, namnaża się dzięki dostarczanemu pożywieniu. Potem bakterie wykonują swoją pracę – rozświetlają wnętrze sepiolida – a po śniadaniu znów są wyrzucane.

A wilki i ludzie? Wiemy, że psy pochodzą od wilków, ale jak to się stało, że nasze gatunki w ogóle zaczęły współpracę?

Wilk to prawdopodobnie najstarsze udomowione zwierzę, dowody wskazują, że stało się to ok. 30 tys. lat temu. Dla porównania, bydło domowe udomowiliśmy dopiero ok. 12 tys. lat temu. Czyli wilki udomowiono, gdy ludzie byli jeszcze łowcami-zbieraczami, nie rolnikami. Nie możemy być pewni, jak do tego doszło, ale wilki są mięsożerne, prawdopodobnie więc krążyły wokół ludzi po ich udanych polowaniach, licząc na posiłek. Zwierzęta, które były mniej lękliwe, podchodziły bliżej i dostawały lepsze kąski. W ten sposób zaczęła się selekcja ze względu na łagodność i podążanie za grupą ludzi.

Wilki stosują opiekę allorodzicielską – czyli osobniki dorosłe opiekują się nie tylko swoimi potomkami – i są bardzo społeczne, co mogło je predysponować do stworzenia z ludźmi zespołu. Być może ludzie zaczęli zauważać korzyści płynące z obecności wilków – może ostrzegały przed niebezpieczeństwami wokół obozowiska? Z czasem zaczęły wspomagać ludzi w polowaniach, w końcu stały się towarzystwem i wsparciem emocjonalnym. Dzisiaj trudno uwierzyć, że pudel czy mops pochodzą od wilka.

Inny obszar współpracy, który Pan opisuje, to wspomniana opieka allorodzicielska. Robi tak wiele gatunków – m.in. wilki, ludzie, surykatki.

Powiedzieliśmy już, że współpraca może nastąpić jedynie wówczas, gdy przynosi obopólne korzyści. A ponieważ rozmawiamy o ewolucji, to musimy powiedzieć o genach. Ostateczną korzyścią jest transmisja genów – posiadanie potomstwa.

Możemy mówić o korzyściach bezpośrednich, czyli sytuacji, kiedy otrzymujesz jedzenie, opiekę, schronienie, co przekłada się w końcu na twój sukces rozrodczy – oraz pośrednich, kiedy to twoi krewni korzystają, a geny, które noszą, są przekazywane dalej. Wiele z tych genów to kopie twoich własnych genów, bo macie wspólnych rodziców lub dziadków.

Najlepsze przykłady takich sytuacji to owady społeczne, jak mrówki czy pszczoły miodne. Robotnice to samice, ale nie mają własnych dzieci, całe życie zbierają pożywienie i dbają o gniazdo dla królowej, która zajmuje się reprodukcją. Jej jaja to przyszłe siostry robotnic. Z punktu widzenia ewolucji ul działa, bo w gruncie rzeczy jego mieszkańcy to rodzina. Korzyść robotnic polega na tym, że ich geny są transmitowane przez jaja królowej. Bo ile dzieci robotnica byłaby w stanie wychować sama, gdyby geny pozwalały jej na reprodukcję? Pewnie kilkanaście – i to takich robotnic jak ona. Tymczasem w gnieździe może pośrednio wyprodukować wiele królowych. Znowu odzywa się przewaga liczebna. Gniazdo może powić o wiele więcej królowych niż indywidualna pszczoła.

Podkreśla Pan, że współpraca jest warunkowa. I że jej drugim obowiązkowym warunkiem, obok korzyści, jest kontrola oszustów.

Oszust w tej sytuacji to ktoś, kto czerpie korzyści, a nie ponosi żadnych lub wystarczająco uczciwych kosztów. Znów, to się tyczy każdego zespołu – bakterii, kałamarnic czy piłkarzy. Każdy system ma swoje czerwone kartki. Weźmy na przykład nasze własne ciała. Składają się z trylionów komórek, które przenoszą dokładnie ten sam zestaw ok. 25 tys. genów. Moje komórki nerek są zainteresowane tym, by przekazywać dalej swoją informację genetyczną przy pomocy komórek układu rozrodczego.

Pomyślmy o komórce rakowej jako o oszuście, który zakłada swój własny, nielegalny biznes. Aby mu to uniemożliwić, ciała kręgowców wykształciły szereg mechanizmów. Na przykład w naszym układzie trawiennym dochodzi do ogromnej rotacji komórek – wszystkie komórki wyściółki pokrywające wnętrza naszych jelit są wymieniane dwa razy w tygodniu. To niewiarygodne! Nowe komórki to oczywiście okazja do mutacji, dlatego rak jelita jest taki częsty. Jeśli jakaś komórka się odłącza, czyli nie jest otoczona przez sąsiadów, to zostaje zastosowany rodzaj biochemicznego hamulca, który powstrzymuje tę oddzieloną komórkę przed podziałem, czyli produkcją kolejnych zmutowanych komórek. Ponieważ komórki wyściółki są nieustannie zastępowane, bez tego i innych mechanizmów blokujących co chwilę mielibyśmy w brzuchu jakieś guzy. A to tylko jeden z kontrolerów oszustów, jest ich w naszym organizmie wiele.

Wszystkie przypadki współpracy są podatne na oszustów, więc zawsze wykształcają się mechanizmy zmniejszające ich szanse na sukces.

Jednak pewna liczba oszustów jest gwarantowana. To ryzyko wpisane we współpracę.

Oszust polega na organizmach, które współpracują. Gdyby wszyscy oszukiwali, system by się zawalił. To szczególnie istotny minus dla organizmów, które rozmnażają się przez klonowanie, czyli namnażanie własnych komórek bez udziału seksu. Jeśli jesteś oszustem i się dzielisz, to będziesz otaczał się innymi oszustami. Jeśli jesteś komórką współpracującą i się dzielisz, otaczają cię inne komórki współpracujące. Są więc minusy wpisane we współpracę i w oszukiwanie. Lubię używać takiej metafory: kieszonkowcy odnoszą sukces, o ile nie znajdą się na zjeździe kieszonkowców. Wówczas ich strategia przestaje mieć sens. Działa tylko, gdy oszuści w mniejszości, a otaczają ich współpracujący.

W książce pisze Pan o tym, że kooperacja umożliwiła nawet narodziny życia w tzw. pierwotnej zupie.

Muszę zaznaczyć, że nie wiemy z całą pewnością, jak do tego naprawdę doszło. Opowiem więc o najlepszej dostępnej aktualnie teorii.

Wszystko, co żyje, musi być z definicji zdolne do reprodukcji. Aby stworzyć nowy byt, są potrzebne dwie funkcje: coś, co przenosi informację, czyli instrukcja, i coś, co kopiuje tę instrukcję. W komórkach mamy enzymy, czyli białka, które katalizują proces kopiowania. I mamy informację, która dziś występuje w postaci DNA, a kiedyś – RNA.

Gdy cofamy się do początków życia, musimy znaleźć moment przejścia między czymś, co nie było w stanie się powielać, do czegoś, co potrafiło to robić. Potrzebne były dwie rzeczy jednocześnie – coś, co przeniesie informację, i coś, co ją skopiuje. To wydaje się niemożliwym postulatem i stanowiło wielką przeszkodę w zrozumieniu pochodzenia życia. Niektórzy specjaliści uważali, że ważniejsza była informacja, więc to ona musiała wydarzyć się najpierw, inni zupełnie się z tym nie zgadzali – twierdzili, że pierwszy musiał być metabolizm. To jak z dyskusją o tym, co było pierwsze, jajko czy kura? Jak życie powstało z czegoś, co wcześniej nim nie było?

Odpowiedź wydaje się być następująca: małe cząsteczki RNA, co niesamowite, mają te dwie właściwości. Jednocześnie mają zakodowaną wiadomość i zdolność do katalizy, czyli zachowywania się jak enzym. Jest możliwe istnienie molekuły, która przenosi informację i ją kopiuje. Ale do tego potrzebne są dwie kopie tej samej cząsteczki.

Dlaczego?

Aby skopiować informację, potrzebujesz czegoś, na czym ją skopiujesz – pewnego rodzaju płaskiej wstążki. I potrzebujesz cząsteczki kopiującej, która ma trójwymiarowy kształt – wszystkie enzymy są trójwymiarowe, maszyny muszą mieć pewną strukturę. Czyli potrzebne są dwie kopie tej samej cząsteczki. Jedna rozciągnięta płasko, druga w formie trójwymiarowej maszyny. Mają tę samą informację, ale w dwóch różnych konfiguracjach. Ich działanie to współpraca. Mogą się rozmnażać tylko poprzez wspólne działanie i podział pracy. Brzmi nieprawdopodobnie? Tymczasem to dzieje się cały czas! Najbardziej powalający jest fakt, że zawieramy w swoich komórkach pozostałości po początkach życia.

Rybosomy, które produkują białka, pozostają niemal niezmienione od 4 mld lat i występują w podobnej formie u wszystkich organizmów, co wskazuje, że są z nami od początku.

Pisze Pan w książce, że nasz gatunek jest hiperwspółpracujący. Jak bardzo różnimy się pod tym kątem od najbliżej z nami spokrewnionych zwierząt?

Istnieje kilkaset gatunków ssaków naczelnych, do których się zaliczamy. Przez jakiś czas sądzono, że być może prospołeczność jest w nie wpisana. Jednak w pewnym ciekawym badaniu przyjrzano się piętnastu gatunkom tych ssaków pod względem prospołeczności. Przyglądano się temu, czy lemury, szympansy, czepiaki, gibony i inne małpy podzielą się spontanicznie jedzeniem z innymi, jeśli same nie dostaną swojego udziału. Wyniki były zaskakujące. Nie wszystkie naczelne były równie prospołeczne. Weźmy na przykład szympansy, naszych najbliższych krewnych. Moglibyśmy sądzić, że będą pod względem prospołeczności przypominać nas. Tymczasem na skali od 1 do 10 oceniono je na 1, a ludzi – na 10. Wśród tych 15 gatunków prospołeczność była ściśle skorelowana z zakresem, w jakim zwierzęta wykazywały opiekę allorodzicielską. Im więcej troski ze strony innych osobników niż rodzice dostawało potomstwo, tym chętniej dzielono się jedzeniem bez oczekiwania niczego w zamian.

Przekonuje Pan, że istniejemy dzięki współpracy. Tymczasem w myśleniu o ewolucji więcej uwagi poświęcało się rywalizacji. Dlaczego byliśmy tak ślepi?

W książce opowiadam o trzech ważnych naukowcach: Karolu Darwinie, Piotrze Kropotkinie i Thomasie Henry Huxleyu, który był wielkim piewcą idei Darwina, a złośliwi nazywali go jego buldogiem. Kropotkin również był darwinistą, ale uważał, że ludzie nie w pełni zrozumieli przekaz Darwina, który pisał przecież o współpracy – co prawda nie w najsłynniejszej książce „O pochodzeniu gatunków”, ale w kolejnych już tak. Mamy przed sobą kwestię rozłożenia akcentów – i rywalizacja, i kooperacja się wydarzyły. Czemu zatem koncentrujemy się tylko na jednym?

Jedno możliwe wytłumaczenie to różny kontekst, w którym rozwijała się biologia ewolucyjna w Rosji i Wielkiej Brytanii w XIX w. Kropotkin w autobiografii pisze o tym, jak po przeczytaniu „O pochodzeniu gatunków” pojechał na Syberię, spodziewając się, że ujrzy tam zaciekłą walkę na kły i pazury. Tymczasem zobaczył coś zupełnie innego: współpracę. To go zaskoczyło. Był anarchistą i musiał uciekać z Rosji, schronił się w Wielkiej Brytanii. Tam przeczytał  to, co Thomas Henry Huxley pisał o rywalizacji w teorii Darwina. I w odpowiedzi na jego teksty napisał swoje artykuły, wówczas szeroko czytane i komentowane. Dlaczego ci dwaj naukowcy koncentrowali się na innych aspektach mechanizmów ewolucji?

Na Syberii panuje bardzo ostry, nieprzyjazny klimat, przetrwanie jest trudne. Przykłady współpracy między organizmami od razu rzucają się badaczowi w oczy. W Wielkiej Brytanii klimat jest łagodny, wszystko się zieleni – częściej widać przykłady rywalizacji, a współpraca jest mniej oczywista, choć również się wydarza. Uważa się, że różnica perspektyw wynika z różnicy środowiska, w jakim żyli. Z pewnością wśród organizmów następuje zmiana w zachowaniu i większe nastawienie na współpracę w bardziej wymagających warunkach środowiska. Wiele razy przeprowadzano ten eksperyment: bierzesz roślinę, usuwasz ją z jej środowiska, sadzisz ją wysoko w górach albo na nizinach. I co się okazuje? W górach potrzebuje sąsiadów, by przeżyć, a na nizinach sąsiedzi z nią rywalizują, więc jeśli ich usuniesz, roślina urośnie większa. Ostrzejszy klimat czyni korzyści ze współpracy bardziej oczywistymi.

A klimat mentalny, jaki panował w tych krajach – nie miał wpływu?

W historii nauki znana jest historia o tym, że dwóch naukowców jednocześnie wpadło na ten sam pomysł: koncepcję doboru naturalnego. Był to Karol Darwin, a 30 lat później – Alfred Russel Wallace. Obaj czytali z zaangażowaniem książkę pastora i ekonomisty Thomasa Roberta Malthusa o populacji. Zdaniem Malthusa, życie stawia przed nami problem: liczba osobników w populacjach rośnie z czasem, tymczasem zasoby, na jakich te populacje polegają – pożywienie, schronienie – nie rosną w tym samym tempie. Być może mogą wzrastać w postępie arytmetycznym, ale nie geometrycznym. Zatem to nieuniknione, że w końcu narodzi się więcej osobników, niż zasoby mogą utrzymać, co musi skutkować biedą i śmiercią. Malthus uczynił z argumentu biologicznego argument polityczny, co miało potężny wpływ na różne dziedziny nauki i myślenia o świecie, o których inni badacze z pewnością mogą opowiedzieć lepiej niż ja. Ja tylko chcę podkreślić, że myśl Malthusa stanowiła istotny kontekst, w którym Darwin wpadł na koncept doboru naturalnego – rywalizacji o ograniczone zasoby.

Wallace też wpadł na ten pomysł, czytając Malthusa – naturalna selekcja to sposób osobników na poradzenie sobie z dylematem niewystarczających zasobów.

Rosyjscy naukowcy nie mieli tego podłoża intelektualnego. Z pewnością znali Malthusa, ale znowu: trudne środowisko, w którym pracowali, nie wzmacniało w nich przekonania o gwałtownie rosnących populacjach. Zatem jego koncepcja nie była tam aż tak wpływowa. Zapewne klimat fizyczny i środowisko intelektualne wpłynęły na to, co różni badacze uwypuklali – współpracę czy rywalizację.

Nasze zachowania prospołeczne to nie tylko współpraca – to także przejawy daleko posuniętego altruizmu, aż do poświęcania życia dla obcych, co nijak nie przekłada się na transmisję genów.

Warto podkreślić, że nasza ultrakooperatywność faktycznie nie musi oznaczać bycia dobrym, współpracują zarówno członkowie grup przestępczych, jak i zespoły strażaków ryzykujących życie dla ratowania ofiar pożarów. Biologia nie zmusza nas do tego, byśmy byli dobrzy – możemy wybrać, dla jakiego celu współpracujemy.

Gdy idzie o ekstremalny altruizm, to przyznam, że biolodzy ewolucyjni nie mają dobrego wytłumaczenia takich zachowań. Niektórzy nawet zaprzeczyliby ich istnieniu. Ale przecież trudno negować fakty.

JONATHAN SILVERTOWN – biolog ewolucyjny i popularyzator nauki, autor ośmiu książek, m.in. „Dinner with Darwin: Food, Drink and Evolution”, a ostatnio: „Selfish Genes into Social Beings”. Emerytowany profesor ekologii ewolucyjnej w Institute od Ecology and Evolution na University of Edinburgh.