Nuo žirafų kaklų iki naujų lėktuvų – paaiškino, kaip iš tiesų veikia evoliucija

Nobelio premijos laureatas Paulas Nurse'as yra pasakęs: „Natūrali atranka – gili idėja, kurios reikšmė išeina už biologijos ribų. Ji turi ne vien paaiškinimo galią, bet ir praktinį pritaikymą daugelyje disciplinų, tarp kurių ir technologijos bei informatika“.

 Natūrali atranka – gili idėja, kurios reikšmė neapsiriboja biologija. Ją galima panaudoti praktiškai panaudoti ir kitose disciplinose.<br> 123rf nuotr.
 Natūrali atranka – gili idėja, kurios reikšmė neapsiriboja biologija. Ją galima panaudoti praktiškai panaudoti ir kitose disciplinose.<br> 123rf nuotr.
 Ch.Darwinas nebuvo pirmasis, iškėlęs prielaidą, kad gyvi padarai laikui bėgant evoliucionuoja.
 Ch.Darwinas nebuvo pirmasis, iškėlęs prielaidą, kad gyvi padarai laikui bėgant evoliucionuoja.
 Pirmasis mokslinis pterozauro atvaizdas. Johano Germano piešinys, 1800 m.<br>Johano Germano pieš.
 Pirmasis mokslinis pterozauro atvaizdas. Johano Germano piešinys, 1800 m.<br>Johano Germano pieš.
 123rf iliustr.
 123rf iliustr.
 123rf iliustr.
 123rf iliustr.
Daugiau nuotraukų (5)

Lrytas.lt

Mar 7, 2021, 9:38 PM

Seras P.Nurse'as – britų biochemikas ir mikrobiologas, 2001 metais apdovanotas Nobelio medicinos ir fiziologijos premija už ląstelių veikimą tvarkančių „molekulinių mašinų“ tyrimus.

Charlesas Darwinas nebuvo pirmasis, iškėlęs prielaidą, kad gyvi padarai laikui bėgant evoliucionuoja. Kaip jis pats pažymi „Rūšių atsiradime“, Aristotelis tvirtino, kad per ilgą laiką gyvūnų kūnų dalys gali atsirasti ir išnykti. XVIII amžiaus pabaigoje prancūzų mokslininkas Jeanas-Baptiste'as Lamarck Lamarckas šią mintį išplėtojo, parodydamas, kad skirtingas rūšis tarpusavyje jungia panašumų grandinėlės.

J-B. Lamarckas spėjo, kad lėti rūšių pakitimai vyksta adaptuojantis, kai į aplinkos pokyčius reaguoja forma ir elgesio pokyčiai. Jis pagarsėjo tvirtinimu, kad žirafų ilgi kaklai, nes kiekvienai kartai teko jį tiesti, kad pasiektų lapus ant aukščiau esančių šakų – ir šios raumenų apkrovos rezultatai kažkokiu būdu būdavo perduodami atžaloms, kurių kaklai tapdavo truputėlį ilgesni. Dabar J-B. Lamarcko idėjos nebėra tokios aktualios, nes jos jis nepateikia evoliucinio proceso detalių – bet vis dėlto šis prancūzų mokslininkas nusipelno pagarbos už vieną pirmųjų evoliucijos fenomeno masto vertinimų, nors ir be jos priežasčių.

Žinoma, apie evoliuciją mąstė ne vien J.B. Lamarckas. Netgi ir paties Ch.Darwino šeimoje jo spalvingasis senelis Erasmusas Darwinas buvo vienu iš ankstyvųjų ir evoliucijos šalininkų. Savo herbe jis užrašė devizą „E conchis omnia“ – tai yra, „viskas nuo moliuskų“ – deklaruodamas įsitikinimą, kad visa gyvybė išsivystė iš daug paprastesnių protėvių – tokių, kaip geldelėse tūnantys, atrodytų, beformiai moliuskai. Tačiau kai Ličfildo katedros vyskupas apkaltino E.Darwiną „Kūrėjo atmetimu“, herbą jam teko pakeisti. Erasmusas pakluso, nes sėkmingai dirbo gydytoju ir suprato, kad nepaklusęs gali netekti savo solidžių ir turtingų pacientų. Tačiau jis buvo laikomas ir žymiu poetu, tad Ch. Darwino senelis savo požiūrį į evoliuciją išdėstė poemos „The Temple of Nature“ eilutėse:

First forms minute, unseen by spheric glass,
Move on the mud, or pierce the watery mass;
These, as successive generations bloom
New powers acquire, and larger limbs assume;
Whence countless groups of vegetation spring,
And breathing realms of fin, and feet, and wing.

(Pirma mažiausiosios formos, neįžiūrimos per sferinį stiklą,
Juda purve ar nardo vandens gelmėje;
Vėlesniosioms kartoms suklestėjus,
Įgavo galių naujų ir galūnių ilgų;
Iš čia kyla nesuskaitomos grupės augalų,
Ir kvėpuojančios gentys pelekų, kojų, sparnų.)

Jo kaip poeto reputacija dėl akivaizdžių priežasčių galėjo ir neišlikti – priešingai nei mokslininko. Ir vis dėlto, Erasmuso Darwino eilėse iš dalies apčiuopiamos idėjos, kurias suformulavo garsusis jo anūkas.

Evoliuciją Charlesas Darwinas nagrinėjo labiau moksliškai ir sistemiškai, o ir su skaitytojais jis bendravo labiau tradiciniu būdu – proza, ne eilėmis. Jis sukaupė daugybę paleontologinių metraščių, gyvūnų ir augalų stebėjimų pavyzdžių tiek iš tyrinėjimų gimtinėje, tiek ir iš užsienyje. Visa tai turėjo svariai paremti nuomonę, kurios laikėsi J-B. Lamarckas, E.Darwinas ir kiti mąstytojai – kad gyvi organizmai iš tiesų evoliucionuoja. Tačiau Ch.Darwinas pasiekė daugiau – jis sudėjo visus taškus ant „i“, ir parodė pasauliui, kaip iš tiesų gali veikti evoliucija.

Natūralios atrankos idėja remiasi tuo, kad jeigu gyvų organizmų populiacijoje yra genetinių pokyčių sukeltų variacijų, jos bus perduodamos iš kartos į kartą.

Kai kurie iš šių variantų susilaukiant palikuonių veiks bruožus, suteikiančius atskiriems individams pranašumo. Dėl padidėjusio reprodukcinio gebėjimo tokias variacijas turintys palikuoniai sudarys didesnę kitos kartos dalį.

Ilgo žirafos kaklo atveju galime daryti išvadą, kad dėl atsitiktinai atsiradusios variacijos, šiek tiek pakeitusios kaklo kaulus ir raumenis, kai kurie žirafų protėviai galėjo pasiekti šiek tiek aukštesnes šakeles, ėsti daugiau lapų ir gauti daugiau maistinių medžiagų. Tokią galimybę turintys individai buvo gyvybingesni, vislesni – todėl po Afrikos savanas klajojančių žirafų bandose pamažu ėmė vyrauti ilgakakliai individai.

Šis procesas vadinamas natūralia atranka, nes tokie natūralūs faktoriai, kaip kova dėl maisto ar patelių ir ligos bei parazitai, sukuria apribojimus, nulemiančius kai kurių individų didesnes tikimybes išgyventi ir palikti daugiau atžalų.

Tokį pat mechanizmą pasiūlė gamtininkas ir kolekcionierius Alfredas Russelas Wallace'as. Ir A.R. Wallace'as, ir Ch.Darwinas vadovavosi samprotavimais apie natūralią atranką, kuriuos keliais dešimtmečiais anksčiau 1831 metų knygoje apie laivų medieną publikavo škotų agronomas ir žemvaldys Patrickas Matthew. Vis dėlto Ch.Darwinas pirmasis įtikimai pateikė visą šią idėją, visapusiškai išnagrinėtą ir dar patraukliai.

Iš tiesų žmonės be sąžinės graužaties šį procesą naudojo tūkstančius metų, išvesdami norimų charakteristikų organizmus. Tai vadinama dirbtine atranka, ir iš tiesų Ch.Darwinas savo natūralios atrankos idėjas vystė stebėdamas, kaip balandžių augintojai, atrinkdami ypatingus egzempliorius, išveda įvairiausias veisles. Dirbtinės atrankos rezultatai gali būti įspūdingi. Taip mes pilkus vilkus pavertėme geriausiais žmogaus draugais, formuodami šunų veisles nuo mažutėlaičių čihuahua iki didžiulių danų dogų. Tokiu pačiu būdu iš dirvinio garstuko gavome brokolius, gūžinius, žiedinius, garbanotuosius ir lapinius kopūstus. Šie pokyčiai įvyko per gan nedaug kartų̃ – kas rodo evoliucinio proceso galią, kuris savaime gali trukti milijonus metų.

Natūrali atranka lemia geriausiai prisitaikiusių išgyvenimą – beje, Ch.Darwinas tokio termino nenaudojo – ir negebančių konkuruoti individų šalinimą. Dėl šio proceso populiacijoje kaupiasi specifiniai genetiniai pokyčiai, galiausiai sukeliantys formų ir funkcijų įsitvirtinimą. Tuo paaiškinama, kaip kai kuriems vabalams ant sparnų išsivysto raudonos dėmės, o kitiems – gebėjimas plaukioti, ridenti mėšlo rutulius ar švytėti tamsoje.

Ne tik biologija

Natūrali atranka – gili idėja, kurios reikšmė neapsiriboja biologija. Ją galima panaudoti praktiškai panaudoti ir kitose disciplinose – net tokiose, regis, neartimose, kaip ekonomika ir informatika. Pavyzdžiui, dabar kai kurie programinės įrangos aspektai ir projektuojami tokių techninių įrenginių, kaip lėktuvai, komponentai optimizuojami natūralią atranką imituojančiais algoritmais. Galima sakyti, kad šie produktai evoliucionuoja – o ne yra konstruojami įprasta šio žodžio prasme.

Kad evoliucija vyktų natūralios atrankos būdu, gyvi organizmai privalo turėti tris esmine savybes. Visų pirma, jie turi gebėti daugintis. Antra, turėti paveldėjimo sistemą, kuria organizmo charakteristikas lemianti informacija kopijuojama ir perduodama palikuoniams. Trečia, paveldėjimo sistema turi gebėti kisti, o šie pokyčiai reprodukcijos metu būti paveldimi.

Natūrali atranka būtent ir pagrįsta kintamumu. Jis paverčia lėtą ir atsitiktinai susidarantį kintamumo šaltinį, regis, beribiu ir nuolat besivystančiu aplink mus egzistuojančių gyvybės formų arsenalu.

Be to, tam, kad atranka būtų sėkminga, gyvi organizmai privalo mirti. Tuomet juos galės pakeisti vėlesnė karta, potencialiai turinti konkurentinį pranašumą galinčias suteikti genetines variacijas. Trys būtinos savybės atsiranda iš ląstelės ir geno koncepcijos. Visos ląstelės vykstant ciklui dauginasi, ir visose ląstelėse yra paveldėjimo sistema, kurią sudaro genai, kopijuojami bei paveldimi mitozės ir ląstelių dalijimosi metu. Pokyčiai atsiranda dėl DNR seką keičiančių atsitiktinių mutacijų – dvigubos spiralės kopijavimo metu pasitaikančių klaidų ar dėl aplinkos veiksnių pažeidžiamos DNR.

Dažniausiai mutacijas ląstelės ištaiso, tačiau tai pavyksta ne visada – antraip kokios nors rūšies individai būtų identiški ir evoliucija sustotų. Tad natūrali atranka veikia patį tokių klaidų dažnį. Jei jis pernelyg didelis, genome saugoma informacija degraduoja ir netenka prasmės – o jei per mažas, sumenksta evoliucijos galimybės. Ilgalaikėje perspektyvoje sėkmingiausios tos rūšys, kuriose išlieka teisingas pastovumo ir kintamumo balansas.

Sudėtinguose eukariotiniuose organizmuose kintamumas įgyvendinamas lytiniu dauginimusi, permaišant chromosomų dalis dalijantis ląstelėms, kai mejozės metu susidaro lytinės ląstelės (gyvūnų spermatozoidai ir kiaušialąstės, žiedinių augalų – žiedadulkės ir seklapradės). Tai svarbiausia priežastis, kodėl broliai ir seserys genetiškai skiriasi: jei jų tėvų genus prilygintume kortų kaladei, kiekvienas iš jų būtų skirtingo genetinio „kortų išdalijimo“ vaisius.

UAB „Lrytas“,
Gedimino 12A, LT-01103, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus webmaster@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2022 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.