Evolucija

Uvod u evoluciju


    Sadržaj:
  1. Šta je uopšte evolucija
  2. Evolucija danas: mutacije i nastanak informacija
  3. Evolucija danas: selekcija i širenje informacija kroz populaciju
  4. Evolucija danas: prirodna selekcija, geni i populacije
  5. Teorija evolucije života na Zemlji
  6. Dokazi: Evoluciona istorija i ugnježdena hijerarhija
  7. Dokazi: Genetika, genomika i tragovi evolucije
  8. Dokazi: Fosilni zapis i razvoj života
  9. Dokazi: Razvojni i fiziološki tragovi
  10. Zakoni prirode ili slučajna konfluenca dokaza?

6. Dokazi: Evoluciona istorija i ugnježdena hijerarhija

    Ugnježdena hijerarhija života je među najosnovnijim i najboljim pokazateljima evolucije. No, ona je takođe i konceptualno najteža za objašnjenje i razumevanje. Da bi smo pokušali da prevaziđemo ovaj problem, pre nego što pređemo na objašnjenje dokaza, objasnićemo koncepte kroz par analogija.

6.1 Šta je to ugnježdena hijerarhija?

    U nauci, sličnost nema nikakvo posebno značenje ili važnost. Delfini su, recimo, veoma slični ribama, ali uopšte nisu ribe.
    Istovremeno, pripadnici veoma bliskih vrsta, ili čak pripadnici jedne iste vrste, mogu izgledati veoma različito:

Fotografija: Dumi

    Na slici su mužjak (levo) i ženka (desno) vrste Orgyia recens. Ako bi smo izvodili zaključke na osnovu sličnosti, ko bi uopšte rekao da se radi o istoj vrsti? Iz proste sličnosti ne možemo izvući nikakve realne zaključke. Otud, ako poredimo žive organizme - ili fosile, ili gene - moramo koristiti drugačiji pristup.

    Radi jednostavnijeg razumevanja, počnimo od jedne analogije zasnovane na primeru uzagajanja pasa. Zamislimo da neki uzgajivač ima čopor pasa srednje veličine sa dugom, sivom dlakom. On želi da od ove rase razvije dve nove rase, jednu koja je mala i drugu koja je velika.
    Da bi ovo postigao, uzgajivač će uraditi ono što smo opisali u trećem poglavlju: primeniće selektivne pritiske. Podeliće svoj čopor na dva dela, i u jednom delu će ukrštati samo najmanju štenad, dok će u drugom delu ukrštati samo najveću.
Nakon nekoliko decenija takvog ukrštanja, imaće dve nove rase:

    Nastavimo sa ovom ilustracijom još malo dalje. Par generacija kasnije, jedan drugi uzgajivač uzme ovu novu rasu velikih pasa, i odluči da razvije žuto krzno; u svakoj generaciji ukršta samo onu štenad sa najžućim krznom. Istovremeno, jedan drugi uzgajivač uzme male pse, i krene da razvija novu rasu sa kratkim krznom. Posle par decenija, dobijamo sledeće:

    Od jedne rase pasa, razvili smo četiri. No, za naše objašnjenje je potreban još jedan poslednji korak. Zamislimo sada da je još par generacija kasnije neki treći uzgajivač uzeo ovu novu rasu velikih pasa sa dugom, žutom dlakom i počeo da primenjuje selektivni pritisak za kratko krzno. Istovremeno, neki četvrti uzgajivač uzme rasu malih pasa sa kratkim sivim krznom, i kod počne da ukršta za dobijanje žutog krzna. Time dobijamo sledeću sliku:

    Na kraju celog ovog procesa, imamo rasu malih pasa sa kratkim, žutim krznom; i rasu velikih pasa koji takođe imaju kratko, žuto krzno. Ove dve rase će biti slične jedna drugoj...ali ako malo bliže pogledamo, videćemo da ove slične osobine u stvari dolaze iz različitih izvora.
O čemu se radi? Pa, pogledajmo kako se ovaj razvoj događao sa stanovišta mutacija i genetskih promena:

    Počeli smo od jedne rase pasa, sa skupom gena koje ćemo sve kolektivno da zovemo "A". Ovu rasu smo podelili na dva dela, i vršili smo selekciju.
    Sa jedne strane, birali smo kopiju genoma A sa mutacijama koje proizvode veću veličinu tela (ove mutacije označimo sa "V"). Ovu grupu AV smo zatim stavili kroz novu selekciju, u kojoj smo birali za promene koje proizvode žuto krzno (mutacije "Z"). Konačno, grupu AVZ smo stavili pod selekciju za kraće krzno (koje su proizvele mutacije "K". Ovim smo dobili rasu pasa velikog tela i kratke, žute dlake - AVZK.

    Sa druge strane, birali smo kopiju genoma A sa mutacijama koje proizvode manju veličinu tela (ove mutacije označimo sa "m"). Ovu grupu Am smo zatim stavili kroz novu selekciju, u kojoj smo birali za promene koje proizvode kratko krzno.
    Sad, u prošloj selekciji, kratko krzno kod velikih pasa je proizvela mutacija "K". No, krajnje je neverovatno da će se ista ova mutacija ponovo desiti i kod malih pasa: ista promena bi morala na isti način da pogodi tačno isti gen! Umesto toga, šansa je da će se desiti neka druga mutacija koja dovodi do kratke dlake; ovu drugu mutaciju možemo nazvati "q"
Slično se događa i sa žutom bojom krzna. Veoma je mala šansa da ćemo ponovo naleteti baš na mutaciju Z. Umesto nje, desiće se neka druga mutacija (nazovimo je "w"). Ovim smo dobili rasu pasa malog tela i kratke, žute dlake - sa genetikom Amqw.

    Dakle, iako obe vrste imaju slične osobine - kratku, žutu dlaku - to ništa ne znači. Ono što, međutim, itekako ima važnost je odnos između roditeljskih i sestrinskih vrsta.

    Sve ove rase pasa u gornjem primeru su nastale od jedne početne grupe. Otud, sve ove rase nose istu osnovnu organizaciju, zasnovanu na genomu A.
    Kod velikih pasa, proizveli smo verziju genoma A koja je izmenjena mutacijama V. Ovaj genom AV je postao izvor svih daljih genoma velikih pasa. Psi rase AVZ su nasledili sve osobine od AV, isto kao i psi rase AVZK.
    Kod malih pasa imamo sličnu situaciju. Proizveli smo verziju genoma A koja je izmenjena mutacijama m. Ovaj novi genom Am je postao izvor svih daljih genoma malih pasa (Am, Amq i Amqw).

    Ovo je primer procesa poznatog kao nasleđe sa modifikacijama.. Mada ništa ne možemo zaključiti na osnovu sličnosti, možemo da izvučemo zaključke tako što pratimo kako se osobine menjaju od majčinske rase nadalje. Možemo pratiti kako se nove osobine pojavljuju u odvojenim linijama, i kako se te nove osobine nasleđuju kroz dalja grananja. Ovo proizvodi strukturu koja se u nauci zove ugnježdena hijerarhija.

    Ilustrujmo ovo na još jednom primeru, ovaj put nezavisnom ne samo od evolucije već i od biologije uopšte. Evo kako može izgledati jedna ugnježdena hijerarhija raznobojnih geometrijskih oblika:

    Svaki geometrijski oblik "nasleđuje" sve osobine svog "očinskog" oblika, uz modifikacije. Oblik nema izbor da li će naslediti neku osobinu, niti može da iskopira već postojeću osobinu nekog drugog oblika. Ovo nas dovodi do jednog načina na koga možemo da razlikujemo procese selekcije nad varijacijama od procesa namernog inžinjeringa.

    Proces selekcije nad varijacijama može samo da korak po korak promeni već postojeće osobine. Ako je potrebno dodati neku novu osobinu, koja već možda postoji kod nekog drugog organizma, ona ne može prosto da se iskopira, već svaki put mora da se iznova razvija. Takođe, potpuni redizajn nikada nije moguć: ne možemo prosto reći "ok, sada nam treba nešto potpuno drugačije, hajde da promenimo više stvari odjednom".

    Prođimo za kraj kroz još jedan dodatni misaoni eksperiment. Zamislimo čoveka koji ima automobil, recimo staru folksvagen bubu. Uzmimo da ovaj čovek ima svo potrebno automehaničarsko i autoinžinjersko znanje, sav potreban alat, i sve potrebne delove. Njegov zadatak je da na osnovu bube napravi terensko vozilo, nešto slično džipu ili lendroveru. Uporedimo dva različita pristupa ovom problemu.

    Prvi pristup je inžinjerski. U ovom slučaju, čovek će pristupiti problemu racionalno. Uzeće osnovne koncepte bube (motor sa unutrašnjim sagorevanjem, četiri točka, menjač, itd.) i na osnovu njih će napraviti potpuno novo vozilo sa osobinama koje odgovaraju novoj svrsi.

    Ali šta bi se desilo kada bi umesto ovoga pokušali da nova kola razvijemo kroz proces nasleđa sa modifikacijama? U tom slučaju, čovek bi morao da korak po korak polako menja bubu. Recimo, prvo bi morao da izdigne kola iznad osovina. Zatim bi morao da izmeni osovine. Zatim da poveća točkove. Zatim da menja delove motora, jedan po jedan, tako da imaju veću snagu. Onda bi morao da polako menja menjač, i nakon svake promene menjača da ponovo menja motor. Svaka od ovih promena bi onda zahtevala dodatne promene u električnim sistemima, u izduvnim sistemima, u obliku automobila, itd.
    Na kraju ovog procesa, imali bi smo terensko vozilo. No, dizajn ovog vozila bi jasno pokazivao ne samo poreklo od bube, već i prirodu procesa kojim je ono razvijeno. Imali bi smo gomilu delova i "prečica" u dizajnu, koje su napravljene samo zato da bi neki međustepen u razvoju mogao da funkcioniše. Bilo bi veoma očigledno da automobil nije konceptualno napravljen da bude terensko vozilo, već da je polako, korak po korak, prilagođavan toj svrsi.

    Na gornjoj slici možemo da vidimo jedan primer ovakve promene. Ova takozvana "Baha Buba" može da se kreće preko teških terena. Ali ona očigledno nije originalno napravljena za takve terene, niti može da se takmiči sa automobilima koji su namerno inženjerisani za njih.

    Sad, kad smo ovo objasnili, vratimo se nazad u biološke vode. Kakve sve ovo veze ima sa evolucijom?

6.2 Život je organizovan u vidu ugnježdene hijerarhije

    Prve sistematične analize u okviru biologije su objavljene u toku sedamnaestog i osamnaestog veka, kada su stotine biologa, lekara i anatomista počele da pažljivo ispituju i beleže izgled, osobine i fiziološke karakteristike raznih živih bića. Ono što je mnogima ubrzo upalo u oči je da je život na Zemlji organizovan upravo u vidu ugnježdene hijerarhije - i to hijerarhije koja pokazuje nasleđe sa modifikacijom, a ne planirani inženjering.

    Sve osobine svih živih bića su uvek očigledne modifikacije drugih (prethodnih) osobina.

    Možemo ovo ilustrovati na primeru čoveka. Ljudsko telo je po većini osobina ne samo slično, već identično telu šimpanze (i drugih hominida). Naš krvotok, položaj i raspored krvnih sudova, položaj i raspored nerava, broj i raspored kostiju, broj i raspored mišića...su potpuno isti. No, šta sa razlikama?
    Mi smo uspravni, dok šimpanze nisu. Ali naša kičma i karlica nisu napravljeni za uspravan hod; naša leđa nisu dizajnirana da nas drže uspravnim i da pravilno prenose sile koje nastaju kroz uspravan hod i korišćenje slobodnih ruku. Umesto toga, naša kičma je prosto malkice modifikovana kičma šimpanze, minimalno prilagođena uspravnom položaju; naša karlica je malo proširena, ali nije temeljno promenjena u obliku. Zbog ovoga, preko polovine ljudi u svetu ima probleme sa hroničnim bolovima u leđima, a većina nas zna koliko je lako povrediti leđa.
    Naš mozak je veći i moćniji. No, razlika između našeg mozga i mozga šimpanze je skoro u potpunosti ograničena na razliku u broju neuralnih ćelija. Ostale strukturalne karakteristike su iste, uključujući tu i raspored i pravac arterija i vena koje dovode krv u mozak. Opet, pošto sistem nije redizajniran ili planiran, već je proizveden kroz nasleđe sa modifikacijama, ovo proizvodi mnoge probleme. Ljudi doživljavaju moždane udare (prekide dotoka krvi do mozga) neuporedivo češće nego bilo koja druga bića na svetu.
    Naše grlo je dublje i duže nego grlo šimpanze, pogotovo u delu poznatom kao larinks. Ovo nam omogućava preciznu kontrolu zvuka koja je potrebna za govor. Međutim, opet, ovaj sistem nije napravljen, već je modifikacija grla sličnog šimpanzinom. Rezultat je da se ljudi mnogo češće udave hranom nego bilo koja životinja, pošto loša struktura grla dovodi do situacije u kojoj hrana može da upadne u dušnik.

    Ili možemo da pogledamo strukturu udova. Svi tetrapodi (sve životinje sa četiri uda, što uključuje sve reptile, sisare i ptice) prate istu ugnježdenu hijerarhiju, koja se lepo vidi na sledećoj slici:

    Svi ovi udovi su modifikacija iste osnove. Raspored i broj kostiju je isti: humerus, ulna i radijus u ruci, praćene metakarpalnim kostima i konačno falangijalnim kostima prstiju. Nigde ne vidimo ni traga konceptualnom inižinjeringu uda za određenu svrhu, čak i kada je ta svrha potpuno različita - hvatanje i korišćenje predmeta kod čoveka, plivanje kod kita, ili let kod ptice. Jedino što nalazimo je nasleđe sa modifikacijama.
    Povrh toga, kao što smo objasnili iznad, nasleđe sa modifikacijama onemogućava razmenu osobina. Otud, iako su ptice razvile oblik prednjeg uda pogodan za let, šišmiši kasnije nisu mogli da prosto iskopiraju taj oblik. Umesto toga, morali su da nezavisno iz iste osnove razviju drugačije rešenje za isti problem.

    Ovakvih primera ima jako mnogo, i postoje čitave knjige na ovu temu. Još nekoliko dodatnih primera koji spadaju u ovu klasu ćemo obraditi u devetom poglavlju.

    Za one čitaoce koji su spremni da ulože dodatni napor, i koji žele da pogledaju jedan dublji, kompleksniji i potpuniji primer nasleđa sa modifikacijama, imamo dodatni tekst o ugnježdenoj hijerarhiji ljudske vrste, u kome su opisane osnovne grane nasleđa kojim smo nastali.

    U sledećem poglavlju, pogledaćemo neke osnovne genetske dokaze evolucije, i pogledaćemo kako se geni uklapaju u goreopisanu hijerarhiju nasleđa.

 

[prethodno poglavlje] [nazad na vrh strane] [sledeće poglavlje]