Evoluţia vieţii pe Terra - IV

Seria dedicată evoluţiei vieţii pe planeta noastră continuă cu episodul al patrulea, în cadrul căruia sunt prezentate subiecte precum viteza de evoluţie a speciilor, dezvoltarea fătului şi indiciile oferite de acest proces privind evoluţia unei specii, dar şi aspecte legate de structurile moleculare comune tuturor organismelor vii.

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.

 

Sursa:scientia.ro