Evoluţia vieţii pe Terra
În România, dat fiind procentul enorm al celor declaraţi credincioşi (80%), teoria evoluţionistă este, credem, doar o ciudăţenie.
Nu vom începe de la zero abordarea subiectului evoluţiei, pentru că tema este prea vastă. Dar vom oferi suficiente detalii pentru a justifica extrem de solid următoarele idei:
- Descendenţa comună e un fapt stabilit ştiinţific: toate formele de viaţă de pe Terra sunt înrudite prin intermediul unor origini comune.
- Apar modificări în cadrul aceleiaşi specii: aşa-numita microevoluţie.
- Speciile însele apar şi dispar: aşa-numita macroevoluţie.
- Mecanismul principal al evoluţiei constă în: moştenirea genetică cu variaţii şi selecţia naturală.
Nu vom face referiri la existenţa divinităţii sau la teoria designului inteligent. Sunt subiecte interesante, dar care nu îşi au locul într-o discuţie ştiinţifică. Nu vom discuta despre originea vieţii pe Terra, o temă ştiinţifică interesantă, dar de care nu avem nevoie în analiza evoluţiei vieţii pe Pământ şi despre care se ştiu mult mai puţine lucruri în comparaţie cu informaţiile pe care le avem despre evoluţionism.
DESCENDENŢA COMUNĂ A VIEŢUITOARELOR
Descendenţa comună a vieţuitoarelor este concepţia potrivit căreia fiecare organism viu de pe Terra este înrudit cu toate celelalte, genealogic şi genetic. Toate formele de viaţă care există în prezent provin dintr-o singură specie originară. Şi cu toate că în forma sa cea mai simplă,există o progresie genetică liniară cu ramificaţii care dau naştere unui model de evoluţie arborescent, descendenţa comună nu este limitată la acest model.
Asta înseamnă că diferite specii se pot recombina şi genera hibrizi sau că materialul genetic poate trece de la simbiot la gazdă sau, mai mult, că pe cale artificială omul poate implanta material genetic într-o altă specie. Niciunul din cazurile de mai sus nu schimbă faptul că toate vieţuitoarele terestre se înrudesc între ele.
NE TRAGEM DIN MAIMUŢE?
O concepţie greşită des întâlnită este că anumite specii moderne au evoluat din alte specii moderne. Rareori este cazul. Dimpotrivă, speciile moderne înrudite au evoluat dintr-un strămoş comun care nu e niciuna dintre cele două specii. Oamenii nu au evoluat din cimpanzei. Atât specia umană, cât şi cimpanzeii provin dintr-o creatură inferioară care a existat înainte de apariţia omului sau a maimuţelor.
ŞTIINŢA
Când ne referim la o teorie ca fiind ştiinţifică, trebuie să avem posibilitatea de a o testa. Şi de aproape 150 de ani cercetătorii au efectuat fiecare test imaginabil pentru a verifica noţiunile ce ţin de evoluţie şi de descendenţa comună a vieţuitoarelor. Şi de 150 de ani teoria a rezistat tuturor testelor, fiind astfel validată în mod repetat ideea că toate formele de viaţă de pe Terra au o descendenţă comună.
Iată câteva dintre prestigioasele instituţii ştiinţifice care acceptă ideea evoluţiei ca fiind un fapt dovedit:
Animal Behavior Society,
Society for Molecular Biology and Evolution,
Society of Systematic Biologists,
Ecological Society of America,
American Association for the Advancement of Science,
Genetics Society of America,
National Center for Science Education,
Paleontological Society,
National Academy of Sciences,
American Institute of Biological Sciences,
American Society of Naturalists,
Society for the Study of Evolution,
Geological Society of America.
E momentul să aruncăm o privire peste ceea ce s-a făcut până acum.
ARBORELE FILOGENETIC
Privind schema unui arbore filogenetic construit plecând de la ideea descendenţei comune, iese imediat în evidenţă un tipar: apar grupuri de vieţuitoare în interiorul altor asemenea grupuri. Acest tip de organizare arborescentă este specifică modelului descendenţei comune a vieţuitoarelor. Analiza statistică a caracteristicilor organismelor grupate în acest mod oferă rezultate extrem de concludente.
Nu s-au găsit specii care să prezinte caracteristici specifice mai multor grupuri separate complet unul de celălalt. De exemplu, nu au fost niciodată găsiţi şerpi şi şopârle cu pene. Doar păsările au pene. Păsările şi crocodilii nu au dentiţie diferenţiată. Doar mamiferele nemarsupiale au placentă, nefiind găsite păsări şi moluşte cu placentă. Doar mamiferele au păr şi glande mamare. Ouă cu coajă tare (amniotice) nu s-au găsit la peşti sau artropode. Un amestec sau o potrivire de asemenea caracteristici ar face extrem de dificilă o organizare consistentă a speciilor într-o ierarhie arborescentă. Consistenţa ierarhizării arborescente este un alt succes al teoriei descendenţei comune.
FORME INTERMEDIARE
Descendenţa comună trebuie confirmată de existenţa unor forme succesive de fosile începând cu cele mai timpurii şi până la cele mai recente. Vom detalia folosind câteva exemple din multitudinea celor existente. Din moment ce păsările au evoluat din dinozauri, este de aşteptat să se descopere fosile ale unor vieţuitoare care aveau pene şi care erau asemănătoare reptilelor, precum şi fosile asemănătoare păsărilor, dar cu dentiţie sau fosile asemănătoare păsărilor, dar cu cozi lungi ca de reptilă. Şi într-adevăr s-a găsit un set complet de fosile tranziţionale între reptile şi păsări. Nu există verigi lipsă din punct de vedere morfologic.
Iată: Eoraptor, Herrerasaurus, Ceratosaurus, Allosaurus, Compsognathus, Sinosauropteryx, Protarchaeopteryx, Caudipteryx, Velociraptor, Sinovenator, Beipiaosaurus, Sinornithosaurus, Microraptor, Archeopteryx, Rahonavis, Confuciusornis, Sinornis, Patagopteryx, Hesperornis, Apsaravis, Ichthyornis şi Columba, printre multe altele. Aşadar, toate fosilele sunt de toate formele prezise posibile.
În secvenţa de trecere de la reptile la mamifere, există, de asemeni, o serie completă de fosile intermediare. Începând cu pelycosauria, therapsida, cynodonta şi până la mamiferele primitive fosilele demonstrează faptul că mamiferele au evoluat gradat dintr-un strămoş reptilă.
Oase care se găsesc la nivelul maxilarului la reptile şi în urechea mijlocie la mamifere |
Este binevenită o pauză pentru a examina cu atenţie un tip de transformare despre care se spune adesea că ar fi imposibil. Se pare că două dintre oasele urechii mijlocii a mamiferelor corespund cu două oase din structura maxilarului reptilelor. Oasele de culoare verde şi roşie din aceste diagrame sunt cele în discuţie.
Dacă privim un embrion în dezvoltare vom constata, cu certitudine, că în cazul reptilelor cele două oase ale capului devin parte a maxilarului acestora, pe când oasele corespunzătoare ale fătului mamiferului ajung parte a urechii mijlocii a acestuia! Cum e posibil ca oasele maxilare să evolueze până la a deveni oase ale urechii medii?
Rămăşiţele fosilifere descoperite, care includ un craniu complet de Hadrocodium wui, cât şi părţi din craniul şi oasele maxilare ale lui Repenomamus şi Gobiconodon, scot în evidenţă acest caz particular de proces evolutiv.
Repenomamus | Gobiconodon |
Iar în cazul apariţiei omului, există în arhiva fosiliferă mai bine de două duzini de forme tranziţionale, forme intermediare între omul modern şi strămoşii noştri asemănători maimuţelor.
SECVENŢE FOSILE
Nu este însă suficientă doar descoperirea fosilelor tranziţionale. În plus, acestea trebuie să respecte şi o anume cronologie. Astfel, este necesar ca vârstele fosilelor să descrească plecând de la cele asociate unor forme primitive către cele corespunzătoare unor forme moderne. Datarea fosilelor este un procedeu destul de simplu şi sigur datorită celor câteva metode folosite în paralel pentru a verifica corectitudinea vârstelor determinate. Este nevoie de atenţie pentru a fi siguri că vârstele stabilite corespund celor mai vechi apariţii ale fiecărui tip de fosilă datat, din moment ce nu există motive ca o formă tranziţională să dispară înainte de apariţia unei forme mai evoluate. Mai mult, nu există motive ca anumite specii să nu supravieţuiască pe perioade lungi de tip fără modificări importante. Iată:
Crocodilul modern "se poate lăuda", ca specie, cu o longevitate de 100 de milioane de ani, iar gândacul numit astăzi „de bucătărie” există de 280 de milioane de ani.
Să revenim la succesiunea în timp a formelor! Dacă ne referim la exemplul menţionat anterior de tranziţie de la reptile la păsări şi datăm formele intermediare, descoperim că ele urmează o ordine precisă. Studiind şi mai în adâncime arborele filogenetic constatăm că formele intermediare respectă o succesiune corectă în timp: procariotele au apărut primele, urmate de spongii şi stele de mare, apoi de peşti, amfibieni, reptile şi mamifere. Dar vom reveni asupra acestui subiect mai târziu.
ORGANELE VESTIGIALE
Examinând structura organismelor, se observă adesea prezenţa unor organe care fie nu îndeplinesc niciun rol funcţional, fie au o funcţie complet nepotrivită cu morfologia lor. De pildă, aripile sunt structuri complexe adaptate în mod special pentru zbor. Atunci struţii de ce au aripi? Aripile struţilor nu sunt, desigur, inutile acestora, dar nu sunt în niciun caz folosite pentru a zbura. Ochii cârtiţei, ai salamandrei oarbe sau peştilor de cavernă, sunt lesne de explicat prin trimiteri la strămoşi care aveau nevoie de ei. Şerpii sunt în mod cert descendenţii reptilelor tetrapode.
Majoritatea pitonilor prezintă încă pelvisuri vestigiale ascunse sub piele. Aceste organe inutile nu sunt nici măcar ataşate vertebrelor, ci pur şi simplu plutesc în cavitatea abdominală. Multe şopârle fără picioare prezintă sub piele membre rudimentare, invizibile din exterior. Păpădia se reproduce pe cale asexuată şi totuşi reţine florile şi produce polen, inutil sieşi, dar folositor strămoşilor ei. Mulţi gândaci care nu pot zbura prezintă încă aripile perfect dezvoltate ale strămoşilor lor, dar le poartă sub nişte apărători speciale lipite una de cealaltă. Strămoşii ierbivori ai omului sunt responsabili pentru inutilele măsele de minte ale noastre, dar şi pentru existenţa apendicelui. Iar osul coccis este un vestigiu care ne leagă de strămoşii care aveau cozi exterioare.
Nu există organe vestigiale care să nu fi fost funcţionale la un anumit strămoş. Existenţa tuturor acestor organe vestigiale capătă sens doar în contextul evoluţiei. Şi, desigur, nu au fost descoperite organe vestigiale care să contrazică mecanismele evoluţiei.
Astfel, nu există mameloane la amfibieni, sau pene vestigiale la mamifere. Nicio primată nu dispune de coarne vestigiale sau de aripi degenerate. Nu se întâlnesc în natură artropode cu oase vestigiale. Niciun şarpe nu are urme de aripi, iar oamenii nu au pipote.
BIOGEOGRAFIE (ştiinţă care studiază repartiţia organismelor animale şi vegetale pe suprafaţa pământului.)
Dacă formele de viaţă au evoluat unele din altele, trebuie să existe şi anumite urme geografice ale acestor transformări. Marsupialele constituie un exemplu bun. Cu doar câteva excepţii, marsupialele sălăşluiesc pe continentul australian. Existenţa oposumului şi a câtorva specii din America de Sud se explică prin deriva continentelor. America de Sud şi Australia au fost odinioară parte a aceluiaşi mare continent şi s-au separat ulterior apariţiei marsupialelor.
Mamiferele placentare, dimpotrivă, erau practic inexistente în Australia până oamenii le-au introdus acolo. America de Sud, Africa şi Australia sunt locurile unde există peşti din subclasa dipnoi, păsări din subclasa ratitelor precum struţul şi emul, cât şi specii de broaşte cu dinţi - toate acestea neapărând şi în alte locuri. Cele mai apropiate rude ale speciei umane sunt maimuţele mari din Africa, astfel că nu este tocmai surprinzător faptul că originile omului modern au fost localizate pe continentul negru.
ANATOMIE COMPARATIVĂ
Un test asemănător structurilor vestigiale se referă la asemănările structurale care apar în ciuda diferenţelor funcţionale ale unui anumit organ la diverse specii. Dacă speciile au evoluat din alte specii, atunci cele noi trebuie deseori să se adapteze şi astfel să-şi modifice anumite părţi ale corpului în vederea efectuării altor sarcini funcţionale.
Dacă examinăm structura oaselor membrelor anterioare ale primatelor şi aripile liliecilor, păsărilor, pterozaurienilor, ori înotătoarele balenelor şi pinguinilor, ori membrele cabalinelor, ale cârtiţei şi broaştei, se va vedea că TOATE au aceleaşi oase, situate în aceleaşi poziţii relative.
Arborele filogenetic standard prezentat în prima parte demonstrează de ce aceste specii diferite posedă aceste structuri similare: deoarece a existat un strămoş comun care a avut aceste structuri osoase. Arhiva fosiliferă confirmă aceste concluzii de natură teoretică deoarece ne oferă o progresie cronologică de forme tranziţionale intermediare.
ERORI DE DESIGN
Anumite erori de design pot fi explicate uneori prin investigarea originii anumitor organe la unii strămoşi ai omului. Tracturile respirator şi gastrointestinal ale mamiferelor se intersectează, astfel că nu putem înghiţi şi respira în acelaşi timp. De ce există o asemenea anatomie imperfectă?
Un strămoş din devonian - un peşte dipnoi - înghiţea aer pentru a respira, iar vezica unde depozita aerul a fost precursorul plămânilor prezenţi la oameni. Oamenii au moştenit designul original - cu gura conectată atât la sistemul digestiv, cât şi la cel respirator - deşi acest aspect cauzează diverse probleme în prezent.
ARHIVA FOSILIFERĂ
Folosind datele existente despre dinamica speciilor moderne şi ratele de extincţie recente, se poate spune că majoritatea organismelor sunt supuse dispariţiei ca specie. De asemenea, majoritatea organismelor vechi au dispărut şi ele. Astfel că putem estima că strămoşii noştri au avut mulţi descendenţi şi rude care nu au produs urmaşi care să fi supravieţuit până în prezent. În concluzie, se consideră că majoritatea speciilor fosile descoperite nu ar trebui să fie adevăraţii strămoşi comuni ai speciilor moderne, ci mai degrabă organisme înrudite care au sfârşit prin a dispărea.
Cele mai vechi roci de pe Terra datează de aproximativ 4 miliarde de ani şi nu indică existenţa vreunei forme primitive de viaţă la acea vreme. Unele roci vechi de 3.5 miliarde de ani e posibil să conţină fosile ale unor bacterii, dar în jurul lor există ceva controverse. Cele mai vechi fosile unanim acceptate ca atare sunt stromatoliţii fosili, care datează de acum aproximativ 3.4 miliarde de ani. Cele mai vechi fosile de eucariote - organisme celulare cu nucleu bine diferenţiat - au în jur de 1.75 miliarde de ani. Iar de acum aproximativ 750 de milioane de ani, adică un miliard de ani mai târziu, datează cele mai vechi dovezi ale existenţei primelor forme de viaţă pluricelulare.
Primele urme ale existenţei animalelor primitive, vechi de 580 milioane de ani, sunt sub forma unor mici spongii, anemone marine şi meduze. Vieţuitoarele din cambrian - acum 540 milioane de ani – includ moluşte, trilobiţi, viermi, echinoderme şi cordate primitive. Toate aceste specii sunt dispărute. Peste încă două sute de milioane de ani îşi fac apariţia în sfârşit insectele şi primii peşti, dar nu şi amfibienii, reptilele, animalele de uscat - mamifere sau păsări.
În ceea ce priveşte plantele, din această perioadă datează primele urme de ferigi şi de ceva mai târziu primele gimnosperme ... dar nu şi flori sau copaci cu lemn de esenţă tare. Acestea apar mai târziu. De aproximativ 340 de milioane de ani, datează primele fosile de tetrapode şi mai târziu amfibieni şi apoi ...din urmă cu 300 milioane de ani, primele reptile de mici dimensiuni ... Toate dispărute în prezent.
În intervalul cuprins între 220 şi 65 de milioane de ani în urmă, reptilele mari şi dinozaurii domină uscatul dar şi mările şi oceanele. Formele de viaţă sunt variate. Există zeci de mii de specii...toate dispărute în prezent. Din această perioadă datează primele fosile ale unor mamifere, dar nu încă oameni, maimuţe, câini, pisici, cai, balene, delfini, lilieci, şobolani sau canguri.
Începând cu 65 de milioane de ani în urmă apar păsările, pădurile din esenţe tari şi animalele de mari dimensiuni cu forme oarecum apropiate de cele ale animalelor moderne. Desigur mamutul, leneşul gigant şi felinele cu colţi-spadă vor dispărea împreună cu alte mii de specii, fără a supravieţui deci până în prezent.
Arhiva fosiliferă conţine din abundenţă dovezi ale macroevoluţiei. Speciile apar şi dispar. Şi întotdeauna evoluează dintr-un strămoş.
SPECIAŢIA
Una dintre definiţiile foarte uzitate pentru noţiunea de specie este următoarea: o specie desemnează un grup de organisme care se pot încrucişa, producând urmaşi. Şi pe măsură ce specii noi apar din specii mai vârstnice, ies la iveală toate încrucişările posibile. Există nenumărate cazuri de specii distincte care pot, în circumstanţe limitate ori neobişnuite, să dea naştere unor hibrizi. Un exemplu în acest sens îl constituie două specii de corb: cioara neagră întâlnită în vestul Europei şi cioara vânătă care trăieşte în Asia, vieţuitoare care acoperă areale distincte şi se intersectează într-un spaţiu limitat, unde se încrucişează şi produc hibrizi. Un alt exemplu: diferitele specii de peşti ventuză de pe râul Platte, aparţinând aceluiaşi gen, dar care rareori se încrucişează.
Anumite specii, precum salamandra Ensatina, formează un lanţ de populaţii care se încrucişează de-a lungul unei anumite formaţiuni geografice. În acest caz este vorba despre Valea Centrală Californiană, iar salamandrele locuiesc pe întreg perimetrul văii. Populaţiile vecine se pot încrucişa între ele cât şi cu vecini relativ apropiaţi, dar pe măsură ce distanţele între micile grupuri cresc, acestea nu se mai reproduc, iar când populaţiile se întâlnesc de cealaltă parte a văii, acestea se comportă deja ca specii complet diferite. Aceste salamandre constituie un bun exemplu de specii care au apărut treptat, prin acumularea de mici mutaţii care au dat naştere unor specii distincte.
Aceşti doi pescăruşi au fost identificaţi mai întâi în Anglia ca specii distincte, pe motiv că nu se puteau împerechea. Însă există un cerc complet de hibrizi de-ai lor care se întinde spre vest şi spre est, de jur împrejurul Polului Nord. Doar în Anglia speciile nu se încrucişează. Multe alte specii se împerechează şi produc hibrizi viabili, asemenea leilor şi tigrilor, ori cailor şi măgarilor, numai că hibrizii sunt infertili.
SPECIAŢIA ÎN NATURĂ ŞI ÎN LABORATOR
Arborele filogenetic ilustrează nenumărate cazuri de speciaţie; fiecare strămoş comun reprezintă şi cel puţin un exemplu de speciaţie. Pe baza arhivei fosilifere şi a ratelor măsurate ale mutaţiilor, în prezent se estimează că timpul necesar izolării reproductive complete în natură este în medie în jur de 3 milioane de ani. În consecinţă, observarea speciaţiei în natură ar trebui să fie posibilă, dar reprezintă un fenomen extrem de rar.
Totuşi, ratele evolutive observate în cazul organismelor de laborator pot fi mult mai rapide decât cele determinate pe baza arhivei fosilifere, iar speciaţia a fost observată la multe organisme utilizate în mod curent în laborator. A fost observată speciaţia la numeroase plante, precum lungurica, ciuboţica-cucului, ridichea, varza, porumbul şi altele.
Unul dintre cele mai studiate organisme în cadrul geneticii este musculiţa de oţet. Multe cazuri de speciaţie la drosofile au fost foarte bine documentate începând cu anii ’70. Speciaţia la drosofile s-a produs ca urmare a separării spaţiale, prin specializarea habitatului în cadrul aceleiaşi locaţii, prin schimbarea comportamentului înainte de încrucişare, prin selecţie naturală distructivă şi prin "gâtuiri" demografice, printre alte mecanisme.
Cazuri de speciaţie au fost observate în laborator şi la muşte, molii, fluturi, gândaci, viermi, ţânţari şi diverse alte insecte.
Algele verzi şi bacteriile au fost clasificate ca specii din cauza trecerii de la organisme unicelulare la organisme multicelulare şi datorită schimbării formei, toate rezultate ale presiunilor selecţiei naturale. Speciaţia a fost observată şi la mamifere. Şase cazuri de speciaţie la şoarecele de casă din Madeira în ultimii 500 de ani au fost consecinţe ale izolării geografice, derivei genetice şi fuziunii cromozomiale. Fuziunea cromozomială are loc atunci când doi cromozomi se unesc. Unele dintre aceste specii de şoareci de Madeira au suferit nouă fuziuni cromozomiale în ultimii 500 de ani. Trebuie menţionat faptul că o singură fuziune cromozomială este diferenţa de genom principală dintre oameni şi cimpanzei.
RITMUL (VITEZA) EVOLUŢIEI SPECIILOR
Aşa cum ţolul este o unitate de măsură a lungimii, iar nodul una care descrie viteza de deplasare, există un indicator cu care măsurăm cât de rapid se petrece procesul de evoluţie a speciilor. Să-l numim “darwin”. Acesta descrie cât de rapid se modifică anumite aspecte ori caracteristici ale unui organism.
Un darwin descrie schimbările care au loc la fiecare 2.7 milioane de ani. Acest indicator este adesea folosit pentru a evalua dacă a trecut timp suficient de la apariţia vieţii pe Terra pentru apariţia şi evoluţia tuturor speciilor care au trăit vreodată pe planetă.
Rata (ritmul) mediu de schimbare observat pe baza arhivei fosilifere este de 0.6 darwini; iar cel mai rapid ritm de evoluţie observat pe baza aceleiaşi arhive fosilifere este de 32 de darwini. Astfel că observarea în natură a unui ritm de evoluţie mai rapid decât acesta ne-ar asigura că a existat timp suficient pentru ca evoluţia să aibă loc.
Rata medie a evoluţiei observată în cadrul evenimentelor istorice de colonizare în sălbăticie este de 370 de darwini - de peste 10 ori mai rapidă în comparaţie cu rata minimă necesară. De fapt, cel mai rapid ritm al evoluţiei observat în cadrul evenimentelor de colonizare a fost de 80,000 de darwini, adică de 2500 mai rapid decât ritmul necesar. Observaţiile de laborator au înfăţişat rate şi mai rapide, în medie de 60,000 de darwini, cu valori maxime de 200,000 de darwini (sau de 6000 de ori mai rapid faţă de ritmul necesar).
O evaluare de dată recentă a ratelor de evoluţie a peştilor guppy în mediul oceanic a relevat cifre cuprinse între 4000 şi 45000 de darwini. De reţinut că o rată de lungă durată a evoluţiei în jurul a 400 de darwini este suficientă pentru a transforma un şoarece într-un elefant în doar 10,000 de ani.
Unul dintre exemplele extreme de evoluţie rapidă este cel al cerebelului hominidelor, care şi-a dublat dimensiunile în circa 100,000 de ani în perioada pleistocenului. Iar acea rată a evoluţiei a fost de doar 7 darwini. Această rată corespunde unei creşteri minuscule a dimensiunilor creierului mic de cel mult 0.02% pentru fiecare generaţie.
DEZVOLTAREA FĂTULUI
Urmărind dezvoltarea embrionului aflăm multe detalii privind istoria şi evoluţia acelui organism. Un embrion uman, de pildă, este, în a treia săptămână, doar un disc de celule fără trăsături caracteristice, până când o cută îşi face apariţia deasupra stratului superior de celule. Aceasta este "linia primitivă". Pe măsură ce aceasta începe să se micşoreze, lasă o urmă sub forma unui tub de ţesuturi.
Acesta este notocordul – formaţie anatomică primitivă a coloanei vertebrate prezentă în embrionul tuturor cordatelor. La vertebratele primitive formaţiunea persistă pe parcursul întregii vieţi sub forma suportului axial principal al organismului, dar la vertebratele evoluate este înlocuit de coloana vertebrală. Din cauza moştenirii noastre evolutive, coloana vertebrală nu se poate dezvolta dacă notocordul nu produce elementele chimice corespunzătoare.
Genomul conţine informaţiile necesare dezvoltării corespunzătoare a embrionului, dar genomul are o istorie. A fost transmis generaţiilor următoare printr-un lanţ de strămoşi neîntrerupt încă de la apariţia vieţii şi încă trece prin etapele corespunzătoare apariţiei şi dezvoltării multora dintre aceşti predecesori.
În urmă cu trei sute de milioane de ani, strămoşii noştri erau creaturi care îşi depuneau ouăle în apă. Aceste ouă erau mici şi rotunde şi conţineau saci din gălbenuş care susţineau embrionii. Acesta reprezintă primul nivel de evoluţie a embrionului uman, putându-se observa că embrionul nostru parcurge o etapă în care ia forma unui disc aplatizat. Acest stadiu de dezvoltare a fătului îl datorăm strămoşilor noştri reptilieni.
Când reptilele au început să-şi depună ouăle pe uscat, acoperite de o coajă rezistentă, embrionii au trebuit prevăzuţi cu un gălbenuş mai mare care să îi hrănească pe durata destul de lungă a incubaţiei. Pentru a adăposti acest miez galben de mari dimensiuni, embrionul însuşi a devenit un disc aplatizat presat între miez şi coaja dură. Embrionul uman nu mai necesită prezenţa acestui miez, dar chiar şi după milioane de ani, fiecare embrion uman ia forma unui disc germinativ, asemănător celui reptilian, înainte de a se răsuci din nou.
De mai multe ori pe perioada dezvoltării fătului, istoricul evolutiv joacă un anumit rol. Embrionii umani sunt toţi prevăzuţi cu saci faringieni temporari care amintesc de pungile branhiale ale strămoşilor noştri peşti. Aceşti saci devin în cele din urmă structurile care au evoluat din pungile branhiale ale peştilor. Structuri precum trompa lui Eustachio, urechea medie, amigdalele, glanda paratiroidă şi timusul.
Şi, desigur, nu este vorba doar despre structurile anatomice, ci şi despre genele care controlează dezvoltarea lor. Multe dintre genele care controlează dezvoltarea embrionului uman sunt exact aceleaşi gene care controlează dezvoltarea altor specii. De fapt, anumite gene - precum complexul Hox, care reglează poziţia şi forma membrelor - sunt capabile să controleze dezvoltarea unor creaturi atât de diferite precum muştele şi mamiferele.
MOLECULE PARTAJATE
Dacă toate organismele vii de pe Terra au evoluat dintr-o singură specie care îndeplinea funcţiunile de bază ale vieţii - reproducere, metabolism, etc., atunci nu numai că ar fi trebuit să moştenim acele capabilităţi funcţionale, dar ar trebui să fi moştenit şi structurile folosite pentru a îndeplini acele funcţiuni.
Astfel că o predicţie ce poate fi testată a teoriei descendenţei comune este cea că toate vieţuitoarele ar trebui să fie dotate cu structuri similare care să execute procesele de bază ale vieţii. Şi - într-adevăr - sunt astfel dotate. La nivel celular şi mai jos, la nivelul moleculelor care susţin şi execută procesele elementare ale vieţii, toate formele de viaţă de pe Terra prezintă aceleaşi molecule care permit funcţionarea organismelor vii.
Indiferent de specie, polinucleotidele (precum ADN-ul şi ARN-ul), polipeptidele (precum proteinele) şi polizaharidele (precum amidonul şi glucoza) sunt identice. ADN-ul, ARN-ul şi proteinele au toate aceleaşi formule chimice în ciuda faptului că există duzini de aranjări posibile ale elementelor structurale (proprietatea numită chiralitate).
Toate formele de viaţă folosesc aceleaşi patru molecule (adenină, citozină, timină, guanină) în cadrul structurii ADN-ului, deşi puteau fi utilizate mai bine de o sută.
Toate formele de viaţă se reproduc prin duplicarea moleculei ADN.
Proteinele prezente în cadrul tuturor formelor de viaţă de pe Terra conţin aceiaşi 20 de aminoacizi în cadrul structurii proprii, deşi există în jur de 400 care ar fi putut fi folosiţi.
Toate formele de viaţă de pe Terra partajează un cod genetic universal parte a ADN-ului lor. Literele din structura spiralei ADN-ului, luate câte trei, formează instrucţiuni codificate care indică ce aminoacizi trebuie să se combine pentru a forma o proteină. Fiecare specie de pe Pământ foloseşte acelaşi cod genetic pentru a îndeplini această funcţiune. Bacteriile folosesc exact acelaşi cod pentru a produce proteine ca şi noi, oamenii.
Toate formele de viaţă de pe Terra folosesc aceleaşi mecanisme metabolice. La toate formele de viaţă care au la bază celule prevăzute cu nucleu, de la amibă la balena albastră, glucoza este metabolizată în aceiaşi 10 paşi, în aceeaşi ordine, folosind aceleaşi 10 enzime.
Mii de noi specii sunt descoperite anual şi le sunt studiate ADN-ul şi secvenţele de proteine. Aproximativ 50 de milioane de baze sunt decodificate zilnic şi fiecare este testată prin prisma teoriei descendenţei comune. Toate testele sunt trecute cu succes.
Există suficiente posibile coduri genetice distincte – toate echivalente din punct de vedere funcţional şi toate folosind aceiaşi aminoacizi, pentru ca fiecare specie care a trăit vreodată pe Terra să aibă propriul cod genetic unic. Dacă nu ar fi existat un strămoş comun de la care toate formele de viaţă să fi moştenit acest cod ar avea sens să descoperim, deci să existe în natură, o varietate de coduri. Acest fapt ar proteja fiecare specie de infecţiile virale inter-specii. Lipsa varietăţii indică originea comună.
GENOAMELE DROJDIILOR ŞI VIERMILOR – O PRIVIRE COMPARATIVĂ
Recent au fost decodificate şi comparate genoamele unor viermi şi ale unor drojdii (ciuperci microscopice unicelulare care trăiesc în colonii şi de obicei produc fermentaţia alcoolică în materii zaharoase). Genele utilizate de către drojdie - un organism primitiv - sunt în principal cele responsabile cu funcţiile biochimice de bază pe care toate organismele trebuie să le îndeplinească. S-a presupus şi apoi s-a demonstrat a fi adevărat faptul că viermii conţin mare parte a aceloraşi gene.
Dar reversul nu este adevărat. Din moment ce viermii sunt creaturi mai evoluate faţă de drojdii, genele din genomul viermilor asociate cu multicelularitatea sunt în mod cert absente din genomul drojdiilor. Şi mai mult decât atât - aceste gene suplimentare provin direct din genele primitive responsabile de funcţiunile celulare de bază.
Un studiu mai amănunţit a dezvăluit faptul că, la nivelul ADN-ului, genele mai noi sunt mai mereu create din forme mai primitive pentru a îndeplini necesităţile organismelor mai evoluate şi mai sofisticate.
PROTEINE OMNIPREZENTE
Anumite proteine pot fi găsite în fiecare organism viu din clasa eucariotelor de pe Terra - drosofila şi liliacul, caracatiţa şi hipopotamul, protistele (microorganisme unicelulare) şi oamenii. O asemenea proteină este proteina cytochrome-c. Se găseşte la nivelul mitocondriilor - părţi ale celulei răspunzătoare cu generarea energiei - ale tuturor celulelor eucariote, iar fără ea celulele mor.
Experimentând cu drojdii, cercetătorii au demonstrat că proteina de tip cytochrome-c prezentă la om funcţionează şi la drojdii la fel de bine ca proteina cytochrome-c originală. Intr-adevăr, aceştia au folosit gene de peşti, păsări, cai, insecte şi şobolani pe care le-au introdus în drojdii, iar aceste gene au produs proteine de tip cytochrome-c care funcţionează şi pentru drojdii. Numai că genele care ajută la crearea acestei proteine au suferit multiple serii de mutaţii de-a lungul miliardelor de ani de când drojdiile există pe Terra. Toate aceste mutaţii, în principiu, nu produc efecte - reprezentând inserţii de secvenţe nule în cadrul genei, secvenţe care nu schimbă proteina care este construită din aminoacizii care au la bază acele gene. Doar că aceste mutaţii oferă informaţii despre genealogia organismelor proprietare.
De pildă, oamenii şi cimpanzeii posedă exact aceeaşi secvenţă de aminoacizi corespunzătoare acestei proteine. Aceasta nu a suferit mutaţii în cele 6 sau 7 milioane de ani de când cele două linii genealogice s-au separat. Iar gena comună este cu cel mult 10 aminoacizi diferită de cele ale altor mamifere, confirmând apropierea noastră genetică de acele mamifere. Diferenţele se înmulţesc pe măsură ce ne îndepărtăm în timp şi, de asemenea, pe măsură ce ne îndepărtăm de ramura noastră din arborele filogenetic. Drojdia însăşi are 51 de aminoacizi diferiţi faţă de oameni şi cimpanzei şi este unul dintre cele mai îndepărtate organisme de om, separându-se de ramura din care facem parte acum mai bine de un miliard de ani.
Cercetătorii au descoperit şi un alt aspect legat de proteina cytochrome-c. Este relativ uşor să se obţină alte proteine identice din punct de vedere funcţional cu cytochrome-c. În fapt, există mai multe proteine care pot îndeplini funcţiunile lui cytochrome-c decât sunt atomi în tot Universul !
Atunci de ce toate organismele de pe Pământ folosesc aceeaşi versiune de proteină? Răspunsul este unul foarte simplu - am moştenit-o pe cea folosită de la strămoşul nostru comun.
TRANSPOZONI
Există secţiuni ale genomului unui organism, denumite transpozoni, care nu îndeplinesc alte funcţiuni decât de a introduce copii ale lor altundeva în genomul respectivului organism. Şi există multe secvenţe foarte bine cunoscute care fac acest lucru. Două asemenea secvenţe sunt secvenţele SINE (“Short Interspersed Transposable Elements”) - “elemente transpozabile amestecate scurte”, respectiv secvenţele LINE (“Long Interspersed Transposable Elements”) - “elemente transpozabile amestecate lungi”.
Există în jur de 850,000 de secvenţe LINE şi 1,500,000 de secvenţe SINE împrăştiate în interiorul genomului uman - adică aproape 30 de procente din întregul genom. Deşi sunt secvenţe inutile funcţional, ba chiar uneori provoacă stricăciuni semnificative, acestea sunt totuşi utile investigaţiei noastre deoarece, în esenţă, singurele modalităţi prin care aceste secvenţe trec de la un organism la altul sunt duplicarea directă, respectiv mecanismul eredităţii caracteristic ADN-ului. Secvenţele LINE, respectiv SINE sunt transmise de la părinte la copil. Părţile ADN-ului care reprezintă genele sunt secţiuni de dimensiuni relativ mici împrăştiate printre alte părţi utile ale genomului şi printre secvenţele SINE şi LINE.
Asemenea amprentelor digitale, modelele recognoscibile în interiorul acestor secţiuni care nu conţin gene sunt unice, caracteristice fiecărui individ în parte. Ele sunt asemănătoare la organismele înrudite apropiat şi mai puţin similare în cazul rudelor îndepărtate. Ele stau la baza mecanismului numit "fingerprinting" ADN. Şi din moment ce aceste secvenţe sunt transmise de la părinte la copil, localizarea aceloraşi secvenţe în acelaşi loc la două organisme diferite reprezintă o dovadă clară a faptului că cele două organisme au un strămoş comun. Biologii au folosit această idee pentru a demonstra faptul că speciile diferite sunt înrudite din punct de vedere genetic. Iată două exemple: trei secvenţe SINE distincte sunt descoperite ca fiind identice în cadrul genomului balenelor şi hipopotamilor, care sunt considerate rude apropiate pe baza arborelui filogenetic; în timp ce cămilele şi porcii, care nu sunt înrudite apropiat cu balenele şi hipopotamii nu posedă aceste secvenţe.
Cel mai numeros element SINE prezent în cadrul genomului uman poartă numele Alu. În interiorul clusterului uman de alfa-globină există 7 elemente Alu, iar fiecare dintre acestea este prezent şi la cimpanzei în exact aceleaşi locaţii în interiorul genomului, garantând existenţa unui strămoş comun. Când elementele Alu sunt stocate în continuarea altor elemente Alu, markerii respectivi constituie o cronologie a dezvoltării. Secvenţe Alu umane foarte recente au fost folosite pentru a urmări migraţiile populaţiilor umane în istoria recentă, ba chiar în ultimii 200000 de ani, deoarece unii indivizi posedă inserţii noi de secvenţe Alu care nu sunt prezente la alţi indivizi.
PSEUDOGENELE
Un alt tip de structură întâlnită în cadrul genomului poartă numele de pseudogenă. Este vorba în esenţă despre un tip de genă care la un moment de timp în trecut a suferit anumite modificări în secvenţa proprie de reglare şi a încetat să-şi mai îndeplinească funcţiile. Din moment ce aceste structuri nu îndeplinesc în prezent nicio funcţiune, singura explicaţie logică pentru care mai multe specii ar poseda aceeaşi secvenţă pseudogenă este moştenirea comună. Există numeroase exemple de pseudogene întâlnite la primate mai puţin evoluate şi la oameni. Una dintre ele este gena psi eta-globină, o pseudogenă care odinioară avea un rol în sinteza hemoglobinei. Nu este întâlnită la toate mamiferele, ci doar la primate. Iar în cazul primatelor se găseşte în exact aceeaşi poziţie cromozomială, caracterizată de aceeaşi mutaţie care a distrus capacitatea genei originale de a sintetiza proteine.
RETROVIRUSURILE
Un al treilea tip de structură localizată în cadrul genomului este, de asemenea, o dovadă directă a relaţiilor genetice. Retrovirusurile precum HTLV1 (care cauzează un tip de leucemie) şi HIV-SIDA produc o copie a propriului genom viral pe care o inserează în genomul organismului gazdă. Dacă acest lucru are loc în interiorul spermatozoizilor sau ovulelor, atunci ADN-ul retroviral va fi moştenit de descendenţii gazdei. Iar aceste copii ale ADN-ului virusului poartă numele de retrovirusuri endogene. În cazul ADN-ului uman, există în jur de 30,000 de retrovirusuri endogene. Există cel puţin şapte instanţe distincte de inserţii retrogene întâlnite la cimpanzei şi oameni. Arborele filogenetic al felinelor oferă un alt exemplu în acest sens. Arborele filogenetic standard este caracterizat de faptul că felinele de mici dimensiuni prezintă variaţii mai rapide decât în cazul celor de mari dimensiuni. Felinele mici (precum pisica de junglă, pisica sălbatică europeană, pisica sălbatică africană, pisica încălţată neagră şi pisica domestică) au în comun o inserţie specifică de genă retrovirală. Prin contrast, toate celelalte carnivore separate anterior nu prezintă această secvenţă în cadrul genomului.
RETROVIRUSURI. UN EXEMPLU
Să examinăm acum modul în care retrovirusurile endogene (RVE-urile) ar trebui să se comporte în cadrul modelului evolutiv al descendenţei comune. Să presupunem că o creatură străveche, să o numim Primus Mammalius (Primul Mamifer), ar fi strămoşul comun al mamiferelor moderne şi că aceasta este infectată cu un retrovirus care devine endogen. Este de aşteptat ca toţi descendenţii lui Primus să fie purtători ai aceluiaşi RVE - să-l numim RVE1 - în aceeaşi poziţie cromozomială. Să înaintăm în timp cu 30 de milioane de ani...
Diferite linii de descendenţă au evoluat şi s-au desprins din strămoşul comun, iar în prezent există diferite tipuri de mamifere, toate purtătoare de RVE1. Un mic rozător, să-l numim Secundus Mousus (Al Doilea Şoarece), este strămoşul comun al şoarecilor şi şobolanilor care la rândul lui este infectat de un retrovirus caracteristic speciei în cauză care devine endogen. Acesta va fi RVE2. Într-o linie de descendenţă diferită, Secundus Apus (A Doua Maimuţă Antropoidă), strămoşul comun al tuturor marilor maimuţe antropoide, este infectat cu un al treilea retrovirus, RVE3.
Înaintăm din nou cu încă 30 de milioane de ani, iar un al patrulea RVE îşi face apariţia în structura genomului Evei Mitocondriale, strămoşul comun al tuturor oamenilor moderni ... să-l numim RVE4. Pe măsură ce primele populaţii de homo sapiens se răspândesc pe suprafaţa Terrei, un al cincilea RVE apare în cadrul unei populaţii izolate în Australia, astfel că RVE5 nu se răspândeşte la alte populaţii umane.
Aşadar, la ce ar trebui să ne aşteptăm?
Oamenii, cimpanzeii, şoarecii şi şobolanii ar trebui să posede toţi RVE1. Genoamele şoarecilor şi şobolanilor vor conţine, în plus, RVE2, virusul care a infectat strămoşul lor comun, dar nu şi inserţiile de RVE3, RVE4 sau RVE5 specifice primatelor. Toate marile maimuţe antropoide vor prezenta inserţii identice de RVE3; toţi oamenii vor poseda, în plus, inserţia de RVE4 neîntâlnită în cazul cimpanzeilor sau altor maimuţe. În plus, unii - dar nu toţi - oamenii vor avea în materialul genetic inserţia retrovirală specifică lui RVE5. Şi, desigur, inserţia specifică rozătoarelor - RVE2 - nu va fi prezentă la nicio specie de primate. În prezent - când câteva genoame au fost decodificate - geneticienii au început testarea acestor predicţii. Modelele de inserţii RVE observate la speciile moderne corespund perfect cu predicţiile conforme modelului descris anterior. Anumite inserţii sunt prezente atât la oameni, cât şi la şoareci, reprezentând infecţii virale cu adevărat străvechi. Altele apar doar la primate, nu şi la alte specii, în mod evident fiind vorba de infecţii secundare derivate dintr-un retrovirus apărut la o specie ancestrală de primate după despărţirea acesteia din alte linii de descendenţă. Inserţiile şi mai moderne apar doar la oameni, pe când cele mai recent apărute RVE-uri sunt caracteristice doar unor oameni, iar nu tuturor. Nu au fost găsite exemple de RVE-uri întâlnite atât la, să zicem, oameni şi şoareci, dar nu la cimpanzei. Inserţiile sunt întotdeauna partajate de toate speciile - şi numai de acelea - care au un strămoş comun. De aceea inserţiile RVE reprezintă dovezi excelente în sprijinul teoriei descendenţei comune.
Descendenţa Comună este un fapt dovedit ştiinţific ... toate formele de viaţă de pe Terra sunt înrudite prin intermediul unui strămoş comun.
Se produc schimbări în interiorul unei singure specii - aşa-numita microevoluţie.
Speciile însele apar şi dispar - aşa-numita macroevoluţie.
Scris de Scientia.ro |
Sâmbătă, 19 Septembrie 2009 |