Evolucija

Šta Evolucija jeste a šta nije?

Evolucija nije...

...”samo teorija”.
...teorija da je život nastao “iz ničega”.
...teorija o nastanku univerzuma (Velikim Praskom ili na bilo koji drugi način).
...teorija “da je čovek nastao od majmuna”.
...prazna priča bez praktičnog značaja.
...teorija oko koje se ni naučnici ne slažu.
...teorija čije je vreme prošlo.



Evolucija je...

...teorija i činjenica. često se može čuti tvrdnja da “evolucija nije dokazana, jer da jeste, onda bi bila zakon evolucije, a ne teorija evolucije”. U svakodnevnom govoru, ljudi koriste reč “teorija” da označe neku maglovitu ideju koju imaju o nekoj stvari ili događaju. U nauci reč “teorija” označava sistem objašnjenja, model koji najbolje odgovara svim činjenicama. Reč “zakon” označava kratku formulu ili definiciju neke naučne činjenice.
Otud imamo Teoriju Gravitacije, Mikrobiološku Teoriju Bolesti, i Teoriju Evolucije. Teorija evolucije je jedna od najbolje dokazanih ideja u modernoj nauci, i predstavlja kamen temeljac moderne biologije, biohemije i medicine.


...teorija o razvoju života na Zemlji. Evolucija počinje od prvog bića sposobnog za reprodukciju, i nema direktne veze sa nastankom života. Mi još uvek ne znamo kako je prvi jednoćelijski organizam na Zemlji nastao; time se bavi druga oblast nauke, poznata kao abiogeneza, koja je još uvek velikim delom tek u povoju.
Za evoluciju, međutim, to nije ključno pitanje. Prvi organizam je mogao nastati abiogenezom (tj. iz nežive materije, kroz kompleksne hemijske reakcije), mogao ga je stvoriti Bog, mogli su ga doneti vanzemaljci. Ono što je do danas neoborivo dokazano je da je život počeo od jednoćelijskih organizama, i da se razvio do današnjeg nivoa kroz procese evolucije.

...teorija o razvoju života na Zemlji. Mada je Teorija Velikog Praska veoma dobro dokazana, ona nema uticaja na evoluciju. Kao i sa abiogenezom, evolucija se ne bavi analizom odakle je nastao univerzum: kroz Veliki Prasak, tako što ga je Bog stvorio, na neki potpuno deseti način...što se tiče evolucije, ta pitanja nisu važna. Ono što je važno za evoluciju je već navedeno u prethodnom odgovoru: da je život počeo od jednoćelijskih organizama, i da se razvio kroz procese evolucije. Ako bi se Teorija Velikog Praska pokazala netačnom, to ne bi imalo nikakvog uticaja na dokaze da se evolucija zaista dogodila.

...teorija po kojoj je čovek nastao razvitkom iz drugacijih formi života, isto kao i svi ostali organizmi na svetu.
Ukratko, moderni čovek, Homo sapiens sapiens, je potomak vrste koju moderna nauka zove Homo heidelbergensis. Većina naučnika smatra da je H. heidelbergensis nastao razvojem vrste zvane Homo ergaster; mada jedna manja grupa naučnika smatra da je verovatnije da je H. heidelbergensis nastao od H. erectus-a, vrste koja je nastala od Homo ergaster-a, .
Homo ergaster je nastao od Homo rudolfensis-a (od koga se takodje izdvojila davno nestala vrsta Homo habilis), koji je najverovatnije nastao od vrste nazvane Australopithecus afarensis. Idući dalje, nalazimo Australopithecus anamensis-a, i dolazimo do mesta na kome fosili postaju toliko retki da ih nemamo dovoljno za iole definitivne zaključke. Po trenutno postojećim fosilnim dokazima, prethodnik A. anamensis-a je Ardipithecus ramidus, za koga je moguće da je (po drugoj naslednoj liniji) takođe i predak današnjih šimpanzi (Pan troglodytes).

...teorija koja ima svakodnevnu praktičnu primenu u nauci.
Moderna biotehnologija zavisi velikim delom od bioinformatike, a bioinformatika je skoro u potpunosti bazirana na teoriji evolucije. Potraga za genima koji su povezani sa nekim odredjenim bioloskim procesom može trajati više godina...ili nekoliko sati, uz pomoć bioinformatičkih alata koji porede genetski razvoj kroz vreme preko dijagrama evolucije. Mnogi moderni lekovi i tretmani su nastali na osnovu ovakvih analiza, i predstavljaju još jedan dokaz evolucije: da evolucija nije istinita, bioinformatička analiza bi davala besmislene rezultate, i oni bi bili neupotrebljivi za razvoj bilo čega.
Pored bioinformatike, evolucija se sve češće primenjuje u laboratorijama za optimizaciju ili pronalaženje rešenja za neki biohemijski problem. Uz pomoć tzv. “usmerene evolucije”, naučnici danas proizvode nove proteine i organske supstance koje imaju široku upotrebu u industriji i nauci.

...teorija koja je univerzalno prihvaćena. Još uvek se vode rasprave o tačnim mehanizmima evolucije – koji od osnovnih mehanizama koliko utiče, i kako su se tačno razvili određeni biološki i biohemijski sistemi; ali osnovno pitanje, da li je razvoj bio evolutivni ili nekakav drugačiji, je davno rešeno u korist evolucije.

...teorija čiji se detalji istražuju sve više iz godine u godinu. Pored više od sto profesionalnih časopisa posvećenih evoluciji, svake godine se objavljuje više stotina knjiga na temu evolucije, i na hiljade originalnih naučnih radova.

Uvod u Evoluciju
1. Od Darvina do danas

U Darvinovo doba, nauka nije znala skoro ništa o tome kako deca nasleđuju osobine od roditelja (mada je bilo jasno da se to događa), kako se te osobine menjaju vremenom, i koji su osnovni mehanizmi po kojima se sve to događa. Darvin je svoje zaključke izveo na osnovu posmatranja kako se osobine organizama menjaju u skladu sa uslovima u prirodi, i na osnovu tada dostupnih i veoma nepotpunih fosilnih dokaza.

Nedostajuća Veza?

U ranoj naučnoj literaturi često se pominje ovaj koncept, koga i kreacionisti danas često pominju: a gde je nedostajuća veza, gde su prelazni fosili koji povezuju velike grupe života (recimo, beskičmenjake i kičmenjake)? Kreacionisti često tvrde da takvi fosili ne postoje, što nije bilo potpuno tačno čak ni u Darvinovo doba, ali sasvim sigurno nije tačno danas. Za opise mnogih prelaznih fosila, pogledajte tekstove na tu temu.
Od tada do danas, evolucija je potvrđena masom dodatnih dokaza. Umesto hiljada klasifikovanih i proučenih fosila, danas imamo milione. Genetske analize i prodori na polju molekularne biologije omogućili su nam da napravimo planove genetskog razvitka i da ih uporedimo sa planovima fosilnog razvitka. Mnogi prelazni fosili koji povezuju stablo života u jednu celinu, nađeni su i izučeni. Delovi teorije koji su bili misterija i samom Darvinu danas su objašnjeni i analizirani.
Ovaj tekst predstavlja uvod u današnju teoriju evolucije, koja je nastala na preseku svih pomenutih dokaza i koja se otud zove moderna sinteza. Pored analize razloga zbog kojih je teorija evolucije opšteprihvaćena kao objašnjenje za razvoj života na zemlji, dodatni cilj ovog teksta je da pokuša da ukloni neke od čestih zabluda u vezi sa evolucijom i načinom na koje evolucija funkcioniše.

Važnost genetskih dokaza

Jedno od osnovnih merila čvrstoće neke naučne teorije je pitanje koliko se ona uklapa u dokaze i činjenice koje se pojave nakon objavljivanja teorije. U Darvinovo doba, ništa nije bilo poznato o genetici, DNK, rekombinaciji... Da je nauka našla nešto što se ne uklapa u Darvinovu teoriju (recimo, da smo ustanovili da su mehanizmi nasleđa fiksirani, i da se geni ne menjaju nikada; ili da su geni čoveka značajno različiti od gena drugih životinja), cela teorija evolucije bi pala u vodu.
Međutim, desilo se upravo suprotno. Sve što smo naučili do sada o genetici i molekularnoj biologiji ne samo što se uklapa u teoriju evolucije, već nema smisla osim u svetlu evolucije. Strukture nasleđa, genetske razlike između organizama, pa i sami detalji ćelijske biohemije daju neoborive dokaze za evoluciju. Darvinova teorija ne samo što nije oborena, već svake godine ima sve veći i veći uticaj u nauci.

2. Mehanizmi Evolucije

U većini modernih udžbenika biologije može da se nađe objašnjenje kako je evolucija zasnovana na mutaciji, prirodnoj selekciji, genetičkom driftu, i genetičkoj migraciji. Na tom mestu tekst obično postane previše tehnički, i dosadan mnogim ljudima, tako da malo ko u današnjem društvu zaista shvata kako evolucija funkcioniše. Stvari, međutim, zaista nisu toliko komplikovane.
Osnovni činilac evolucije je mutacija, promena u genetskom kodu. Ove promene su neizbežan deo procesa reprodukcije, pošto proces kopiranja DNK nije savršen; pored gena nasleđenih od roditelja, svako ljudsko dete nosi između deset i trideset novih mutacija. Često se može čuti tvrdnja da su skoro sve mutacije “negativne”, i da izazivaju probleme i bolesti. Ovo nije tačno: velika većina mutacija su neutralne (ne menjaju funkciju produkta u dovoljnoj meri). Ako mutacija nije neutralna, ona može biti pozitivna ili negativna. Ključ evolucije je činjenica da negativnost ili pozitivnost mutacije zavisi od okoline u kojoj organizam živi.
Ovo je drugi osnovni mehanizam evolucije, koga je predložio Darvin, i na kome je teorija evolucije originalno izgrađena: prirodna selekcija. Kako prirodna selekcija “bira” između različitih mutacija? Uzmimo jedan moderni primer evolucije u akciji; da bi stvari bile zanimljivije, uzmimo primer mutacije među ljudima samima.
Jedna američka porodica nosi mutaciju u jednom od strukturalnih proteina kostiju, sa rezultatom da su njihove kosti značajno čvršće (i do četiri puta čvršće od normalnih ljudskih kostiju). Mutacija je nastala pre nešto više od sto godina u jednom od predaka porodice, i do danas se raširila na preko dvadeset njegovih potomaka. Da li je ova mutacija pozitivna ili negativna? U današnjem dobu automobilskih nesreća, padova, i sličnih događaja u kojima ljudsko telo biva izloženo raznim velikim šokovima, ova mutacija se pokazala kao veoma pozitivna, što je i razlog njenog (do sada) uspešnog širenja.
Međutim, tu su uvek i drugi aspekti. Tvrđe kosti su takođe i gušće, što znači da ljudi koji nose ovu mutaciju teže plivaju. Takođe, za normalan razvoj im je potrebno više kalcijuma. Dakle, mutacija nije prosto pozitivna bez kvalifikacija: ona je pozitivna u današnjoj Americi, gde je lako pribaviti hranu bogatu kalcijumom, i gde ljudi uglavnom ne moraju da plivaju (osim možda radi zabave i rekreacije).
Zamislimo da se ista ova mutacija desi čoveku sa Šri Lanke, rođenom u porodici lovaca na školjke. Tvrđe kosti bi samo doprinele da on bude lošiji plivač, i mutacija bi za njega bila negativna. Isto važi i za nekoga ko živi u centralnoj Africi, gde je teško doći do velikih količina hrane bogate kalcijumom: ova mutacija bi ga učinila slabim i bolešljivim, i bila bi negativna. U Šri Lanci i Africi, nikada ne bi nastala porodica ljudi koji nose ovu mutaciju, pošto ljudi kod kojih se ona pojavi ne bi mogli da uspešno prežive.
Ako razumemo ova dva osnovna koncepta, možemo da razumemo i prvi sistem specijacije (nastanka novih vrsta): nova vrsta će nastati kada se selektivni pritisci okoline na već postojeću vrstu promene, ili kada već postojećoj vrsti postane dostupna nova okolina.

Uzmimo za ilustraciju početak evolucije udova (nogu) iz peraja, ovaj put koristeći fosilne ostatke da rekonstruišemo redosled događaja. Priča počinje sa primitivnijim ribama poznatim kao Palaeoniscoide. Neke od dotičnih su naselile tzv. sezonske reke, vodene tokove koji jedan deo godine budu puni vode (obično u proleće, kada topljenje snega na planinama nosi svežu vodu u doline), dok se u drugim delovima godine pretvaraju prvo u bare, a ponekad se i potpuno osuše.
U ovim tokovima, Palaeoniscoide su imale obilan izvor hrane, ali i veliki problem u obliku sezonskih sušenja. Naime, kada reka presuši, riba mora da se nada da će završiti u dovoljno velikoj bari, i da ta bara neće i sama presušiti pre nego što naiđe sledeća bujica. Kada se nađe u maloj bari i kada počne da joj nestaje vode, riba može da pokuša da propuzi kroz mulj do sledeće bare, nadajući se da će ta biti veća.
Palaeoniscoide su naselile ove tokove iz dublje vode, i njihova peraja su bila prilagođena za plivanje kroz vodu. Takva peraja, međutim, nisu uopšte bila upotrebljiva za puzanje kroz mulj. Ali, geni kontrolišu oblik, veličinu, i položaj peraja; mutacije mogu da promene sve te faktore, i među desetinama hiljada riba koje su živele u ovim tokovima postojao je čitav spektar mutacija. Neke su imale oštrija peraja, neke oblija, neke više isturene prema dole, neke više isturene na stranu... One ribe koje su imale obla peraja isturena na stranu najbolje su prolazile u sezonskim rekama, pošto su mogle da koriste ta peraja da se njima odupiru o mulj. Ribe koje su imale oštra peraja okrenuta nadole najgore su prolazile, pošto su im takva peraja samo smetala u puzanju. Prve su preživljavale i ostavljale potomke; ove druge su polako ali sigurno izumrle u novoj okolini.
Posle više desetina hiljada generacija selekcije, u sezonskim tokovima se razvila čitava nova grupa ribljih vrsta (Osteolepis je dobar primer) čija su peraja postala veoma dobro razvijena za funkciju guranja kroz mulj. Raspored i broj kostiju u ovim perajima je postao shema na kojoj su izgrađeni udovi svih kasnijih vodozemaca, guštera i sisara.
Važno je ovde primetiti jednu stvar koja često zbunjuje ljude: prirodna selekcija nije “inteligentna sila” koja bira neke organizme zato što njihov razvoj vodi ka nekom određenom cilju; Palaeoniscoide nisu počele da evoluiraju “da bi jednog dana od njih nastale žabe”. Ono što se desilo je mnogo jednostavnije: u okviru iste vrste riba, neke su imale malu prednost u odnosu na druge, i te su češće preživljavale suše, duže su živele, i ostavljale su više potomaka. Potomci tih uspešnih riba su nastavili da nose njihove uspešne gene. Neuspešne ribe nisu preživljavale, nisu ostavile potomke, i njihove osobine su polako nestale iz te određene populacije riba.
Takođe je važno primetiti da se ovo desilo samo sa jednim delom Palaeoniscoida, onim koji je naselio sezonske reke. Palaeoniscoide koje su ostale da žive u dubljim vodama nisu bile pod istim pritiscima, i njihova evolucija je išla potpuno drugačijim tokovima, sa potpuno drugačijim rezultatima.
Stvar koju treba primetiti jeste da evolucija nije nešto što ide “od manje kompleksnog ka kompleksnijem”, ili od goreg ka boljem. Iste promene na perajima koje su im omogućile da lepo žive u sezonskim rekama i plitkim barama ovim bi ribama bile velika smetnja u dubokoj vodi. One nisu postale “bolje” ili “razvijenije”, već prosto prilagođene svojoj životnoj sredini.
Ostala su nam još dva važna mehanizma u evoluciji - genetički drift i genetičke migracije. Genetički drift je važniji za ovu diskusiju, pošto predstavlja drugi važan način na koji nove vrste nastaju od starih.
Genetički drift se događa kada jedna vrsta bude na neki način podeljena na dva ili više delova. U jednom delu vrste se događa jedna serija slučajnih mutacija, u drugom delu se događa druga. Promene ne moraju da budu velike, čak mogu biti nevidljive spolja, ali posle dovoljnog broja generacija nakon odvajanja, odvojene populacije postaju toliko genetski različite da više ne mogu da proizvedu zajedničko potomstvo: postaju dve nove vrste. Klasičan primer ovoga je losos: jedna pra-vrsta riba, koju je podizanje Paname podelilo na dva grupe u dva okeana. Iako su njihovi uslovi života ostali isti, spora akumulacija razlika je dovela do toga da danas postoje dve grupe vrsta, pacifička i atlantska.
Genetički drift je takođe predmet jednog od najdužih eksperimenata u evoluciji, koje više od dve decenije sprovodi Ričard Lenski. Lenski i njegova grupa su pre više od dvadeset godina jednu bocu sa kulturom E. coli bakterija podelili na tri dela. Ove tri kulture su onda gajene godinama odvojeno, i genetički drift je kroz 25,000 generacija polako uradio svoje. Danas, Lenski ima tri različite podvrste E. coli u svojoj laboratoriji. Jedna podvrsta formira kupaste strukture na dnu boce u kojoj raste, i veoma se čvrsto pripija uz staklo. Druga podvrsta lebdi slobodno u tečnosti, i organizuje uspravne kolumne u kojima se ćelije stalno kreću iz dubine ka površini i nazad, tako da sve ćelije imaju priliku da upiju dovoljno kiseonika. Treća podvrsta se organizuje u tanak biofilm na površini tečnosti.
Sve tri su nastale od iste grupe originalnih ćelija, sve tri su rasle u istim uslovima (tako da nije reč o prirodnoj selekciji). Razlike u načinu i brzini rasta, kao i razlike u ponašanju, su potpuno rezultat genetičkog drifta, slučajnih mutacija koje su se različito akumulirale u odvojenim populacijama.
Genetička migracija je obrnuta situacija: tok gena između dve grupe unutar iste vrste koje bi se inače brzo razdvojile. Na primer, mnoge vrste severnoameričkih ptica mogu biti podeljene na tri podvrste: istočnu, zapadnu, i hibridnu. Pripadnici istočne vrste ne mogu da se pare sa pripadnicima zapadne vrste, imaju drugačiju boju perja i drugačije pesme. Hibridna populacija koja živi u centralnom delu Severne Amerike, međutim, može da se pari sa obe vrste, i kroz nju geni, veoma polako, bivaju prenošeni sa jedne obale kontinenta na drugu.

Zašto su genetičke migracije važne? One su “sila” koja vezuje vrstu u jednu celinu, i u njemu je razlog što vrste mogu da ostanu iste milionima godina. Nakon određenog (velikog) broja generacija, vrsta se potpuno prilagodi svojoj okolini: sve značajne pozitivne mutacije koje se lako mogu desiti -dese se i prirodna selekcija odabere one koje najbolje odgovaraju okolini. Mutacije se i dalje događaju, naravno; ali one su velikom većinom ili neutralne ili negativne, tako da ili nemaju uticaja, ili njihovi rezultati bivaju brzo izbačeni iz igre. Blago pozitivne mutacije ne mogu da se akumuliraju, pošto u velikoj populaciji vrlo brzo budu potopljene u moru drugih blago pozitivnih i blago negativnih. Iz ovog razloga, recimo, su ajkule ostale veoma slične svojim precima (mada ne identične).
Ako se gentička migracija, međutim, prekine, onda genetički drift i prirodna selekcija stupaju u igru, i počinje rađanje novih vrsta. Dobar primer ovoga je Kineski zid, koji je podelio populacije biljaka u Kini, i prekinuo genetičku migraciju između njih. Kao rezultat, nastale su mnoge nove vrste divljeg cveća i trava, sa različitih strana zida.

Da sumiramo:
Mutacija neizostavno vodi prvo u tzv. mikroevoluciju, stvaranje malih razlika unutar iste vrste. Genetičke migracije održavaju vrstu homogenom, utapajući nove mutacije u opštu populaciju, i čineći da svi pripadnici imaju veoma sličan genetski sklop – različiti su u malim detaljima, ali slični u opštoj strukturi.
Prekidanje genetičkih migracija pokreće specijaciju. Ako se populacija prosto podeli na dva ili više delova, genetički drift će veoma, veoma polako izazvati podelu vrste na više novih vrsta. Ako se deo populacije nađe u novim, značajno drugačijim uslovima života, prirodna selekcija će delovati na prethodno male razlike, čineći ih sve većim, dok od te izdvojene grupe ne nastane nova vrsta.