Ewolucjonizm darwinowski w świetle genomiki

Genomika porównawcza i biologia systemowa oferują niespotykane możliwości testowania głównych zasad biologii ewolucyjnej sformułowanych przez Darwina w O powstawaniu gatunków w 1859 roku i rozszerzonych sto lat później w ramach Nowoczesnej Syntezy. Badania w dziedzinie genomiki ewolucyjnej pokazują, że dobór naturalny stanowi tylko jedną z sił kształtujących ewolucję genomu i wcale nie występującą najczęściej, natomiast procesy nieadaptacyjne mają znacznie większe znaczenie niż wcześniej przypuszczano. Duży wkład horyzontalnego transferu genów i różnych samolubnych elementów genetycznych w ewolucję genomu podważa koncepcję drzewa życia. Adekwatny opis ewolucji wymaga bardziej złożonej koncepcji sieci lub „lasu” życia. Nie istnieje spójny trend ewolucji w kierunku większej złożoności genomowej, a kiedy złożoność wzrasta, wydaje się, że jest to raczej nieadaptacyjna konsekwencja ewolucji drogą słabego doboru oczyszczającego niż adaptacji. Odkryto rozmaite powszechniki ewolucji genomu, w tym niezmiennicze rozkłady tempa ewolucji pośród genów ortologowych z różnych genomów oraz rozmiarów rodzin genów paralogowych. Dostrzeżono też negatywną korelację między poziomem ekspresji genów a tempem ewolucji sekwencji. Niektóre z tych powszechników uzyskują wyjaśnienie dzięki zastosowaniu prostych, nieadaptacjonistycznych modeli ewolucji, co sugeruje, że w dość nieodległej przyszłości powstać może nowa synteza biologii ewolucyjnej.

Comparative genomics and systems biology offer unprecedented opportunities for testing central tenets of evolutionary biology formulated by Darwin in the Origin of Species in 1859 and expanded in the Modern Synthesis 100 years later. Evolutionary-genomic studies show that natural selection is only one of the forces that shape genome evolution and is not quantitatively dominant, whereas non-adaptive processes are much more prominent than previously suspected. Major contributions of horizontal gene transfer and diverse selfish genetic elements to genome evolution undermine the Tree of Life concept. An adequate depiction of evolution requires the more complex concept of a network or “forest” of life. There is no consistent tendency of evolution towards increased genomic complexity, and when complexity increases, this appears to be a non-adaptive consequence of evolution under weak purifying selection rather than an adaptation. Several universals of genome evolution were discovered including the invariant distributions of evolutionary rates among orthologous genes from diverse genomes and of paralogous gene family sizes, and the negative correlation between gene expression level and sequence evolution rate. Simple, non-adaptive models of evolution explain some of these universals, suggesting that a new synthesis of evolutionary biology might become feasible in a not so remote future.