EVOLUCIJA

Pripremio: Mirko Jakovljević

10 najvećih izuma života

Razvoj živog sveta, od samih početaka, na svakoj stepenici donosio je promene koje su život činile raznovrsnijim. Jedan broj naučnika danas se bave sagledavanjem razvoja i dostugnuća života, tragajući za onim što je najviše usavršilo postojanje organizama i poguralo život napred

1. Multicelularnost

Sunđeri su ključni primer višećelijskog života, inovacije koja je promenila živa bića od pojedinačnih ćelija do izuzetno složenih tela. Bio je to sjajan korak napred, koji je evoluirao bar 16 različitih puta. U tome su učestvovale životinje, kopnene biljke, gljive i alge.

Ćelije su se udruživale milijardama godina. To mogu da čine čak i bakterije, stvarajući složene kolonije sa trodimenzionalnim strukturama i podelom rada. Pre nekoliko stotina miliona godina, eukarioti, složenije ćelije koje pakuju svoju DNK u jezgro, prenele su stvari na nov nivo. Formirale su kolonije kod kojih su se određene ćelije posvetile različitim zadacima, poput ishrane ili izlučivanja, i čije je ponašanje bilo veoma usklađeno.

Eukarioti su bili u stanju da načine ovaj skok jer su već razvili mnoštvo neophodnih atributa u druge svrhe. Mnoge jednoćelijske eukariote mogu da se specijalizuju u određene ćelijske tipove, posvećene posebnim zadacima poput parenja sa nekom drugom ćelijom.

Jedan od razloga za spajanje različitih ćelija je možda bila potreba da se izbegne da budu pojedene od strane predatora koji se hrane pojedinačnim ćelijama. Dodatni razlog možda leži u činjenici da kolonija može da se kreće i da sadrži ćelije koje se mogu deliti.

Međutim, ono što je veće i složenije ne mora uvek biti bolje. Nikol King, molekularni biolog sa Univerziteta Berkli, SAD, tvrdi da jednoćelijski život daleko nadmašuje višećelijski život kada je reč o biomasi i broju vrsta pa bi se moglo reći da je jednoćelijski život najuspešniji, ali da je višećelijski život najlepši i najdramatičniji.

2. Oči

Pojavile su se u jednom evolucionom treptaju i zauvek promenile pravila života. Pre očiju, život je bio nežniji i pitomiji, dominirali su ljigavi mekani crvi koji su tumarali morem. Pojava oka uvela je složeniji svet. Vid je omogućio životinjama da postanu aktivni lovci i započeta je evoluciona trka koja je promenila planetu.

Prve oči su se pojavile pre oko 543 miliona godina - na početku kambrijuma - kod grupe trilobita po imenu Redlichia. Njihove oči su bile složene, slične onim kod modernih insekata, i verovatno su evoluirale od jamica osetljivih na svetlost. Njihova pojava je prilično iznenadna - trilobiti od pre 544 miliona godina nisu imali oči.

Dan Erik Nilson, iz Univerziteta Lund, u Švedskoj, smatra da je za nastanak očiju potrebno manje od milion godina, tačnije da je potrebno oko pola miliona godina da nekoliko ćelija osetljivih na svetlost evoluiraju u složeno oko.Trilobiti nisu bili jedine životinje koje su nabasale na ovaj izum. Biolozi veruju da su oči evoluirale nezavisno u nekoliko navrata, iako genetski dokazi ukazuju na jednog pretka za sve oči.

U vreme ranog kambrijuma, kada nije postojao vid, ovo čulo postalo je ravno super-moći. Oči trilobita su im omogućile da postanu prvi aktivni predatori, sposobni da ulove hranu na način drugačiji od svih prethodnih. Ono što ne iznenađuje jeste da je kontraevoluirao i njihov plen. Samo nekoliko miliona godina kasnije, oči su postale uobičajene i životinje su bile aktivnije, prekrivene odbrambenim štitovima. Ova eksplozija evolucionih inovacija danas je poznata kao kambrijumska eksplozija.

3. Mozak

Na mozak se često gleda kao na krunu evolucije jer sobom nosi najznačajnije ljudske odlike poput jezika, inteligencije i svesti. Ali, evolucija mozga je učinila još nešto: izdigla je život iznad vegetacije. Mozak je prvi put omogućio organizmima da se nose sa promenama u sredini tokom perioda kraćeg od nekoliko generacija.

Nervni sistem omogućava dve veoma važne stvari: kretanje i pamćenje. Za razliku od biljaka, organizmi s nervnim sistemom koji može da upravlja mišićima u stanju su da se kreću i tragaju za hranom, partnerima i skloništem.

Sa mozgom dolaze i čula, kako bi se otkrilo da li je svet oko nas dobar ili loš, a tu je i pamćenje. Zajedno, ovo omogućuje životinjama da u realnom vremenu vode računa o tome da li se stvari popravljaju ili pogoršavaju. To potom omogućava jednostavan sistem predviđanja i nagrade. Čak i životinje sa veoma jednostavnim mozgom - insekti, puževi ili crvi - mogu da koriste iskustvo da predvide šta bi bio najbolji sledeći korak, a imaju i sistem nagrade koji poboljšava donošenje pravih odluka. Složenije funkcije ljudskog mozga kao da su evoluirale iz ovih osnovnih sistema.

4. Jezik

Jezik je najvažnija evoluciona inovacija kada je u pitanju čovek. Od suštinskog je značaja za našu svest, od empatije i mentalnog putovanja kroz vreme do simbolizma, duhovnosti i moralnosti. Jezik je definišući faktor za našu vrstu, ali koliko je važan u širem smislu evolucije?

Pre deset godina, Džon Mejnard Smit, profesor biologije na Univerzitetu Saseks, u Velikoj Britaniji, i Eors Satmari, sa Instituta za napredne studije u Budimpešti, objavili su rad „Veliki skokovi u evoluciji“. Identifikovali su ove krucijalne korake kao inovacije po načinu na koji su informacije bile organizovane i prenošene s jedne na drugu generaciju - počev od nastanka života do jezika.

Satmari ističe da je teško utvrditi kako su naši preci načinili ovaj skok. Složeni jezik - sa sintaksom i gramatikom - evoluirao je samo jednom. Samo je ljudski mozak u stanju da proizvede jezik, a ova sposobnost nije ograničena na posebne regione u mozgu kao što se nekada mislilo.

Naučnici još nemaju odgovor na pitanje: zašto se jezik nije razvio kod drugih primata? Satmari smatra da odgovor leži u nervnim mrežama jedinstvenim za ljude koje omogućuju da izvodimo složene hijerarhijske procese neophodne za jezik s gramatikom. Ove mreže oblikuju naši geni i naše iskustvo.

5. Fotosinteza

Malo je promena koje su imale toliko dubok uticaj na život kao što je slučaj sa sposobnošću da se zarobi energija Sunca. Fotosinteza je promenila lice planete, transformišući atmosferu i stvarajući štit od smrtonosne radijacije oko Zemlje.

Bez fotosinteze, u atmosferi bi bilo malo kiseonika i ne bi bilo biljaka i životinja već samo mikroba koji bi preživljavali zahvaljujući prvobitnim mineralima i ugljen-dioksidu. Fotosinteza je oslobodila život ovih stega i kiseonikom je omogućila nastanak složenog života.

Pre fotosinteze, život se sastojao od jednoćelijskih mikroba čiji su izvori energije bile hemikalije poput sumpora, gvožđa i metana. A onda je, pre oko 3,5 milijarde godina, grupa mikroba razvila sposobnost da zarobi energiju sunčeve svetlosti kako bi stvorila ugljene hidrate neophodne za rast i hranu. Prvobitno, iz ovog procesa nije nastajao kiseonik već se to desilo kasnije, kada se pojavila nova fotosinteza koja je koristila vodu, a kiseonik se javio kao nusproizvod.

U početku je kiseonik bio poguban, ali su vremenom mikrobi razvili toleranciju na njega i počeli da ga koriste kao izvor energije. Tada je život nabijen energijom, što je omogućilo nastanak složenih višećelijskih oblika života. Danas, direktno ili indirektno, fotosinteza proizvodi bukvalno svu energiju potrebnu za život na Zemlji.

6. Seks

Seksualna reprodukcija je odgovorna za neke od bitnih bioloških dešavanja na planeti, od masovnih razmnožavanja korala toliko velikih da se vide iz svemira, do složenih seksualnih mehanizama, poput plesa određenih australijskih ptica, jelenskih rogova... Seks je odgovoran za održanje života: vrste koje ga se odreknu gotovo uvek izumru tokom više narednih generacija.

Međutim, biologe buni to što seks opstaje iako bi aseksualna reprodukcija trebalo da bude favorit evolucije iz dva razloga. Prvo, prilikom borbe za resurse, aseksualne vrste bi trebalo da budu uspešnije od seksualnih. A drugi razlog je da sperma i jajašca sadrže samo polovinu roditeljskog seta gena, pa organizmi koji koriste seksualnu reprodukciju prenose samo 50 procenata svojih gena sledećoj generaciji, dok je kod aseksualaca taj broj uvek 100 procenata.

Uspeh seksa se često pripisuje činjenici da on meša genetski set, uvodeći varijacije i omogućujući da se pročiste aseksualne mutacije. Varijacije su važne jer dozvoljavaju životu da odgovori na promene u životnoj sredini.

Ipak, naučnici nisu sigurni kako je seks nastao. Možda se radi o nečem toliko banalnom kao što je popravka molekula DNK? Jednoćelijski organizmi su možda razvili naviku da povremeno dupliraju svoj genetski materijal, a potom da ga ponovo prepolove. Slična razmena DNK se događa tokom proizvodnje jajašaca i sperme.

7. Smrt

Evolucija je odgovorna za nastanak smrti. Ne za svaki njen vid, jer živa bića umiru zbog nesreća poput izgladnjivanja ili povreda. Ali, postoji još jedna vrsta smrti kod koje ćelije a možda čak i čitavi organizmi odabiraju uništenje zbog koristi koje ono donosi nekoj većoj celini. Drugim rečima, smrt je evoluciona strategija.

Ovo je najočiglednije po mnoštvu programiranih ćelijskih smrti ili apoptoze, mehanizma za samouništenje koji postoji u svakom višećelijskom organizmu. Na ruci imate pet prstiju jer su ćelije koje su živele između njih umrle kada ste bili embrion. Embrioni zavise od ćelijske smrti – kada bi se apoptoza blokirala, razvoj bi postao ugrožen. Da nije smrti, ne bismo se ni rodili.

Ljudske ćelije neprestano nagomilavaju mutacije koje prete organizmu. Ali, nadzorni sistemi - poput onog koji podrazumeva protein p53, po imenu „čuvar genoma“ - primećuju skoro sve takve greške i naređuju pogođenim ćelijama da počine samoubistvo.

Programirana ćelijska smrt ima središnju ulogu u svakodnevnom životu. Utiče na stvaranje zaštitnog sloja naše kože od mrtvih ćelija. Kada imuni sistem istrebi neku infekciju, suvišna bela krvna zrnca vrše samoubistvo da bi omogućili upali da splasne.

Očigledno je da organizmi imaju koristi od žrtvovanja određenih ćelija. Ali, evolucija je možda uticala i na oblikovanje smrti čitavih organizama. Ćelije svih viših organizama počinju da stare, što na kraju dovodi do smrti samog organizma. To je u neku ruku još jedan vid zaštite od nekontrolisanog rasta.

8. Parazitizam

Vekovna bitka između parazita i njihovih domaćina jedna je od najsnažnijih pokretačkih sila u evoluciji. Bez nje, život jednostavno ne bi bio isti. Paraziti spadaju u najuspešnije organizme na planeti, bezdušno se koristeći svakim poznatim stvorenjem. Danijel Simberlof, ekolog sa Univerziteta Tenesi, SAD, smatra da su evoluciju u velikoj meri pogurali paraziti. Najuticajniji paraziti su ujedno i najmanji. Bakterije i virusi mogu da oblikuju evoluciju svojih domaćina jer će samo najotporniji preživeti infekciju. Domaćini takođe mogu da utiču na evoluciju svojih parazita. Na primer, bolesti koje zahtevaju ljudski kontakt za prenos često evoluiraju i postaju manje opasne.

Paraziti mogu da pokrenu evoluciju i na osnovnijem nivou. Ima ih u DNK i mogu se proširiti širom genoma; mogu se pretvoriti u nove gene ili podstaći mutacije i mešanje DNK koje dovodi do genetskih varijacija.

9. Superorganizam

Veliki broj pojedinaca koji zajedno žive u harmoniji dostižu bolji život zahvaljujući podeli rada i njegovih plodova. Ovo blaženo stanje se naziva utopija i ljudi su pokušavali da ga dosegnu tokom čitave istorije. I, dok ljudi nisu bili toliko uspešni, evolucija jeste.

Ukoliko se pod mikroskopom pogleda portugalska krstarica, vrsta hidromeduze, vidi se da je ono što liči na jedinku sa pipcima, u stvari kolonija jednoćelijskih organizama. Ove „sifanospore“ stvorile su umetnost podele rada. Neke su specijalizovane za kretanje, neke za ishranu, a neke za raspodelu hranljivih materija.

Ovakav vid postojanja donosi velike prednosti. Omogućava organizmima koji ga čine slobodno kretanje umesto da budu prikovani za morsko dno. Zajedno su sposobniji da se odbrane od predatora, da se nose sa stresom iz okruženja i da kolonizuju nove teritorije. Portugalske krstarice su zaista pravi superorganizmi.

10. Simbioza

Simbioza ima mnogo definicija, ali pretpostavićemo da označava dve vrste koje se nalaze u fizički intimnom odnosu međusobne zavisnosti, skoro uvek podrazumevajući hranu. Simbioza je pokrenula tektonske promene u evoluciji, a evolucija stalno uzvraća novim simbiotskim odnosima.

Možda su najznačajnija sparivanja podrazumevala složene, eukariotske ćelije. Eukariote koriste specijalne organele poput mitohondrija i hloroplasta da dobijaju energiju iz hrane ili sunčeve svetlosti. Ove organele su prvobitno bile jednostavnije, prokariotske ćelije koje su eukariote progutale u večnom simbiotskom zagrljaju. Bez njih ne bi došlo do ključnih životnih napredaka, poput sve veće složenosti i višećelijskih životinja i biljaka.

Simbioza se toliko puta javila tokom evolucije da se može reći da se radi o pravilu, a ne o izuzetku. Preko devedeset procenata biljaka učestvuje u nekoj vrsti simbioze. Ptice i životinje i insekti koji učestvuju u procesu polinacije jedan su od najznačajnijih primera za simbiozu. Bez simbioze ne bi postojala većina cvetnica.

Mirko Jakovljević