Evolutia este fascinanta deoarece incearca sa raspunda la una din cele mai vechi intrebari: cum am aparut pe Pamant? Teoria evolutiei spune ca viata si oamenii au aparut printr-un proces natural.

In acest articol vom explora teoria evolutiei, cum functioneaza aceasta si vom examina mai multe zone importante ale teoriei pentru a intelege de ce functioneaza.

Principiile de baza ale evolutiei

Teoria evolutiei este suprinzator de simpla si este impartita in 3 parti:

  • ADN-ul unui organism este posibil sa sufere ocazional schimbari sau mutatii. O mutatie modifica ADN-ul unui organism intr-un mod care afecteaza descendentii sai, fie imediat fie peste mai multe generatii.
  • Schimbarea adusa de o mutatie poate fi benefica, daunatoare sau neutra (nu provoaca nicio schimbare). In cazul in care mutatia este daunatoare, atunci este putin probabil ca urmasii vor supravietui si se vor reproduce, astfel incat mutatia se stinge, dispare. In cazul in care schimbarea este benefica, atunci este probabil ca urmasii se vor descurca mai bine si se vor reproduce mai mult. Prin reproducere, mutatia se va raspandi. Acest proces de sacrificare a mutatiilor daunatoare si raspandirea mutatiilor benefice se numeste selectie naturala.
  • Deoarece mutatiile apar si se intind pe perioade lungi de timp, la un moment dat, acestea dau nastere a noi specii. Pe parcursul a multor milioane de ani, procesele de mutatie si selectie naturala au creat fiecare specie de pe Terra, de la cele mai simple bacterii la oameni.

Acum miliarde de ani, potrivit teoriei evolutiei, elementele chimice s-au organizat intamplator, formand prima molecula ce se putea reproduce. Aceasta scanteie de viata era samanta a tot ce vedem astazi viu pe Terra (sau ce nu mai vedem, cum ar fi numeroasele specii disparute).

Poate aceasta teorie simpla sa explice viata asa cum o vedem astazi? Sa incepem intai prin a intelege cum functioneaza viata.

Cum functioneaza viata: Enzimele si ADN-ul

Evolutia poate fi vazuta in forma sa cea mai pura in evolutia de zi cu zi a bacteriilor. (In imagine, structura ADN-ului. Click pe imagine pentru a mari.)

O bacterie reprezinta un organism simplu, format dintr-o singula celula. Bacteria E. coli este de 100 de ori mai mare decat o celula umana obisnuita. Va puteti imagina bacteria ca pe un perete celular (peretele celular poate fi vazut ca o punga de plastic foarte subtire) umpluta cu diferite proteine, enzime si alte molecule, plus un fir lung de ADN, toate plutind in apa.

Catena ADN in E. coli contine aproximativ 4 milioane de perechi de baze, iar aceste perechi sunt organizate in aproximativ 1.000 de gene. O gena este pur si simplu un sablon pentru o proteina si de multe ori aceste proteine sunt enzime.

O enzima este o proteina care accelereaza o anumita reactie chimica. De exemplu, una dintre cele 1000 de enzime ale ADN-ul unei E. coli ar putea sti cum sa rupa o molecula maltoza (zahar simplu) in doua molecule de glucoza. Asta e tot ceea ce acea enzima poate face, dar este foarte importanta avand in vedere ca E. coli se hraneste cu maltoza. O data ce maltoza este transformata in glucoza, alte enzime actioneaza asupra moleculelor de glucoza pentru a le transforma in energie, necesara pentru functionarea intregii celule.

Pentru a produce o enzima, mecanismele chimice dintr-o bacterie E. coli vor face o copie a genei dintr-o catena a ADN-ului si se vor folosi se acest sablon pentru a forma o noua enzima. E. coli poate sa aiba sute de copii de astfel de enzime plutind intauntrul ei. Colectia de aproximativ 1000 de enzime diferite ce plutesc in interior fac chimia celulei posibila. Aceasta chimie face ca celula sa fie “vie”. Adica, ii permite E. coli sa simta hrana, sa se miste, sa se hraneasca si sa se reproduca. Enzimele si reactiile chimice creaza ceea ce numim noi “viata”.

Cum functioneaza viata: reproducerea asexuata si sexuata

Bacteria se produce asexuat. Acest lucru inseamna ca, atunci cand celula se divide, ambele jumatati sunt identice – ele contin exact acelasi ADN. Urmasul este o clona a parintelui. Insa organismele mai complexe precum insectele si animalele, se reproduc sexuat, iar acest proces face ca actiunile evolutiei sa fie mai interesante.

Reproducerea sexuata poate crea o variatie imensa in randul unei specii. De exemplu, daca doi parinti au mai multi copii, acestia vor fi diferiti. Pot avea inaltimi diferite, culori diferite ale parului, diferite tipuri de sange etc. Iata de ce este posibil acest lucru:

In locul unei bucle lungi de ADN (cum este in cazul bacteriei), celulele plantelor si animalelor au un ADN format din doua catene, in forma de spirala, impartite in perechi de cromozomi. Mustele de fructe au cinci perechi, cainii au 39 iar unele plante au peste 100.

Celulele somatice umane sunt formate din 23 de cromozomi, cate unul pentru fiecare pereche. Cei 46 cromozomi se impart in 22 perechi de cromozomi identici la barbati si la femei numiti autozomi, plus o pereche de cromozomi sexuali (numiti si heterozomi sau gonozomi), identici la femei (XX) si diferiti la barbati (XY).

Deoarece exista doua catene ale ADN-ului, aceasta inseamna ca animalele au doua copii ale fiecarei gene, spre deosebire de o celula E. coli care are decat o singura copie. Desi bacteriile nu folosesc metoda haploida sau diploida pentru reproducerea sexuata, acestea au multe metode de dobandire a informatiei genetice. Unele bacterii pot suferi o conjugare, transferand o mica parte (numita plasmid) a ADN-ului sau altei bacterii. Bacteriile pot, de asemenea, sa preia fragmente de ADN gasit in mediul inconjurator pe care sa-l integreze in genom, fenomen cunoscut sub numele de transformare. Aceste procese au ca rezultat transportul in linie al genelor, adica transmiterea fragmentelor de informatie genetica dintre organismele care ar fi pe de alta parte independente.

Revenind la reproducerea sexuata, din cauza modului aleator de selectie a genelor, fiecare copil devine un amestec diferit de gene din ADN-ul mamei si a tatalui. Acest lucru este motivul pentru care copiii din aceiasi parinti pot avea atat de multe diferente.

O gena nu este altceva decat un sablon pentru crearea unei enzime. Aceasta inseamna ca, in orice planta sau animal, sunt de fapt doua sabloane pentru fiecare enzima. In unele cazuri, cele doua sabloane sunt identice (homozigot), dar in multe cazuri cele doua sabloane sunt diferite (heterozigot).

Mazarea este un exemplu ce ne ajuta sa intelegem cum pot interactiona perechile de gene. In sinteza plantei exista un hormon numit giberelina si are un rol de stimulare a cresterii. La mazarea pitica acest hormon este mai putin activ, spre deosebire de mazarea de talie medie sau inalta. Aceste diferente sunt cauzate de anumite alele ce au impact aupra nivelului de giberelina.

In termeni moleculari, alelele sunt versiuni diferite ale aceleasi gene. Pot exista mai mult de doua alele ale unei gene intr-o populatie de organisme, dar orice organism dat are cel mult doar doua alele.

Plantele pitice, de obicei, nu pot concura cu cele inalte in salbaticie, deoarece acestea din urma le-ar umbri. Insa acest lucru nu este relevant intr-o plantatie ce contine doar plante pitice. Plantele pitice au pe de alta parte un alt avantaj: nu cad si nu se rup asa usor in vremurile ploioase sau de vanturi puternice. Deci, plantele mai scurte pot fi avantajoase ca si culturi cultivate. Mutatiile specifice sau alelele nu sunt bune sau rele in sine, ci numai intr-un anumit context.

O singura mutatie intr-o singura gena poate sa nu aibe niciun efect intr-un organism sau asupra urmasilor. Sa ne imaginam un om care are doua copii identice ale unei gene intr-o alela. O mutatie modifica una dintre cele doua gene intr-un mod daunator. Sa presupunem ca un copil primeste aceasta gena mutanta de la tata. Mama contribuie cu o gena normala, deci poate avea nici un efect asupra copilului. Gena mutanta s-ar putea pastra si transmite mai multe generatii si sa nu fie observata, pana cand, ambii parinti vor contribui cu o copie a acelei gene mutante.

Fiecare specie prezinta un numar de gene diferite, iar combinatia acestora poarta numele de fond genetic al speciei. Fondul genetic creste atunci cand o mutatie schimba o gena si aceasta mutatie supravietuieste si scade atunci cand o gena dispare.

Poate cel mai simplu exemplu de evolutie il gasim in celula E. coli. Pentru a avea o intelegere mai buna vom arunca o privire la ceea ce se intampla in aceasta celula.

Cel mai simplu exemplu de evolutie

Procesul de evolutie actioneaza asupra unei celule de E. coli prin crearea unei mutatii in ADN. Coruperea unei portiuni de ADN nu este ceva neobisnuit. O reactie chimica, razele cosmice sau razele X pot schimba sau deteriora ADN-ul. In majoritatea cazurilor, bacteria fie va muri, fie va repara mutatia, fie nu se va mai putea reproduce. Cu alte cuvinte, mutatia nu se va transmite mai departe. Dar se intampla uneori, ca o mutatie sa supravietuiasca, iar celula sa se reproduca.

Imaginati-va de exemplu, un grup identic de celule E. coli, care traiesc intr-un vas Petri (vas rotund neted, folosit pentru cultivarea microorganismelor). Cu o multime de alimente si o temperatura potrivita, aceste celule se pot dubla la fiecare 20 de minute. Adica, fiecare celula de E. coli poate duplica catena ADN la fiecare 20 de minute.

Acum, imaginati-va ca cineva toarna un antibiotic in vas. Multe antibiotice ucid bacteriile prin lipire la una dintre enzimele de care bacteria are nevoie pentru a trai. De exemplu, multe antibiotice se lipesc de enzima care construieste peretele celular. Fara aceasta posibilitate, bacteria nici nu se va putea reproduce (nu va putea reconstrui peretele in momentul divizarii) iar intr-un final, va muri. Dar sa ne imaginam, ca din milioanele de bacterii din vas, una va capata o mutatie care face enzima sa fie diferita. Datorita acestei diferente, molecula de antibiotic nu se va atasa corect la enzima si prin urmare, nu o va afecta. Cum toate celulele din jurul ei au murit, aceasta se va reproduce in continuare si va reface / inlocui populatia din vas. Acum am obtinut o populatie de E. coli imuna la respectivul antibiotic.

In acest exemplu, am observat evolutia in actiune. E. coli sunt organisme vii foarte simple si datorita faptului ca se reproduc atat de rapid, se pot observa efectele evolutiei la o scara normala de timp. In ultimele cateva decenii multe tipuri de bacterii au devenit imune la antibiotice. Intr-un mod similar, insectele devin imune la insecticide, deoarece acestea au un ciclu scurt de viata.

Dar in multe cazuri, evolutia este un proces mult mai lent.

Viteza mutatiilor

Asa cum am spus mai sus, mutatia este provocata de mai multi factori, incluzand: razele X, razele cosmice, radiatia nucleara sau reactii chimice intamplatoare in interiorul celulei.

Mutatiile sunt destul de comune. Acestea au loc la o rata constanta in orice populatie, dar locatia si tipul mutatiei este complet aleator. Mutatiile alimenteaza procesul evolutiei contribuind cu noi gene la bazinul de gene ale speciei, iar apoi, selectia naturala decide soarta lor.

Selectia naturala

Selectia naturala decide care mutatii vor supravietui si care nu. Daca mutatia este daunatoare, organismul va avea mai putine sanse de supravietuire si reproducere. Daca mutatia este benefica, organismul va supravietui si se va reproduce, transmitand mutatia mai departe, urmasilor. In acest fel, selectia naturala ghideaza procesul evolutiei pentru a include doar mutatii benefice in bazinul de gene ale speciei si va respinge mutatiile daunatoare.

Ian Tattersall si Jeffrey Schwartz spuneau in cartea lor, “Extinct Humans” astfel:

“In fiecare generatie, sunt produsi mai multi indivizi decat vor reusi sa supravietuiasca pana la maturitate si sa se reproduca. Cei care reusesc – cei mai potriviti – poarta caracteristici ereditare care promoveaza nu numai propria lor supravietuire, ci si a urmasilor lor. Din acest punct de vedere, selectia naturala nu este mai mult decat suma tuturor acestor factori care actioneaza pentru a promova succesul reproductiv al unor indivizi (in detrimentul altora). Adaugati dimensiunea timpului si peste generatii, selectia naturala va schimba aspectul fiecarui descendent, iar variatiile avantajoase vor deveni mult mai comune in anumite populatii decat in altele.”

Speciatia

Speciatia reprezinta procesul in urma caruia apar specii noi din cele existente. Aparitia unei specii noi se poate realiza prin fie transformarea unei specii deja existente in alta, fie prin ramificarea unei specii in doua sau mai multe specii noi.

Imaginati-va doua populatii ale aceleasi specii, izolate pe doua insule diferite. Cu timpul, datorita mutatiilor, unele gene se pot pierde prin eliminare accidentala iar prin recombinare poate sa apara o diversitate de noi fenotipuri, diferite de cele ale speciei parentale. Daca cele doua populatii traiesc intr-un mediu biotic si fizic intrucatva diferit, pot fi expuse unor presiuni de selectie intr-o oarecare masura diferite. Astfel populatiile se vor deosebi tot mai mult de specia parentala, dar si una de cealalta. Populatiile vor fi restructurate genetic. In cursul acestui proces se pot dobandi mecanisme de izolare care vor impiedica imperecherea cu specia parentala, sau intre populatia de pe prima insula cu cea de pe a doua insula. Deoarece aceste populatii separate nu se vor mai putea recombina din nou vreodata, speciile pot fi recunoscute definitiv ca neospecii. Cu cat timpul le va desparti mai mult, cu atat diferentele genetice vor fi mai mari. Astfel apare speciatia, adica producerea de noi specii.

Un lucru interesant cu privire la teoria evolutiei, enuntata de Charles Darwin, este ca ii putem vedea efectele atat astazi cat si in trecut. Vedem evolutia in lucru in bacteriile si insectele de astazi dar o vedem si in fosilele descoperite ale unor organisme ce au trait acum milioane de ani.

Evolutionistul J. B. Haldane, intrebat fiind ce l-ar putea face sa se indoiasca de adevarul evolutiei speciilor, afirma ca niste fosile de iepure din Precambrian (era geologica incheiata acum aproximativ 520 milioane de ani) ar reprezenta cu adevarat o dovada ce ar demonta aceasta teorie. Cum in straturile geologice ce corespund acestui interval de timp nu s-au gasit niciodata astfel de fosile, din simplul motiv ca mamiferele au aparut mult mai tarziu, teoria este in siguranta.

Multi oameni cred in creationism. Potrivit acestei teorii, Dumnezeu sau alta putere supranaturala a creat viata asa cum o vedem astazi. Dar descoperirile arata ca sute de milioane de specii noi au fost create in ultimii sute de milioane de ani, in timp ce altele au disparut. Asadar, viata nu este statica. Daca-i dam suficient timp, evolutia poate modifica complet viata de pe planeta, renuntand la speciile existente astazi si creand altele noi.

Bibliografie
HowStuffWorks
Understanding Evolution. 2017. University of California Museum of Paleontology
Pledoarie pentru o gandire stiintifica

LĂSAȚI UN MESAJ