La vojo de evoluo

La mondo estas plenplena je malsamaj organismoj. Kvankam la ekzaktaj rilatoj povas esti ankoraŭ svagaj, oni scias ke bestoj, plantoj, fungoj kaj bakterioj ĉiuj estas foraj parencoj. Ke organismoj tamen estas tiom diversaj, estas pro tio ke ili apartenas al diversaj specioj. La fama biologo Charles Darwin detale ellaboris kiel tiuj specioj ne estas eternaj kaj neŝanĝeblaj. Li ligis la pruvojn kiuj montras ke specioj malrapide ŝanĝiĝas kaj disiĝas por krei novajn speciojn. Tiu procezo estas priskribata de la teorio de evolucio. La vorto ”teorio” povas esti konfuziga kiam ĝi estas uzata tiel, ĉar ĝi havas malsaman signifon en scienco ol en la ĉiutaga uzo. En scienco, teorio estas klarigo de iu fenomeno kun aro de fortaj pruvoj kiuj estas strukture kontrolitaj kaj testistaj. Sciencaj teorioj travivis ĉiujn kritikojn kaj estas konsiderataj kiel vero ĝis iu trovas akceptitan kontraŭpruvon. La teorio de evolucio specife estas unu el la plej fortaj teorioj kiuj ekzistas. Malgraŭ tio, sciencistoj daŭre esploras evoluon. Tiaj esploroj ne celas pruvi la ekziston de evoluo, kvankam ili ja kreas tiajn pruvojn kiel kromproduktojn, sed anstataŭe esploras la specifajn meĥanismojn kiuj funkciigas evoluon. Tiaj esploroj kovras plurajn sciencajn kampojn kiel paleontologion kaj genetikon.

Unu el la plej famaj ekzemploj de evoluo venis de Darwin mem kaj temas pri la diferencoj inter malsamaj birdoj. Kiam li vizitis la Galapagojn en la Pacifika Oceano, li rimarkis ke la insuloj surhavis birdojn el kiuj kelkaj multe similis, sed ĉiuj havis siajn proprajn adaptaĵojn. Birdoj kiuj manĝis grandajn semojn havis grandajn rondajn bekojn, dum la birdoj kiuj manĝis etajn semojn aŭ insektojn havis etajn, akrajn bekojn. Denove en Britio oni analizis la informojn kaj eltrovis ke fakte 15 specioj de birdoj kiuj vivis sur la insuloj estis tre similaj. Tiutempe la ĝenerala konsento estis ke la specioj kiuj nun troveblas, ĉiam ekzistis kaj ke ili verŝajne estas eternaj. Darwin tamen, estis unu el la unuaj homoj kiuj kuraĝis pensi pri malrapida ŝanĝiĝo de specioj kaj eĉ elpensis meĥanismojn por klarigi tiujn ŝanĝiĝojn. Jarojn post lia vojaĝo, en 1859, li publikigis lian libron ”On the Origin of Species” (Pri la origino de specioj) en kiu li ellaboris liajn ideojn pri evoluo. La malsamaj birdspecioj de la Galapagoj havas laŭ Darwin komunan praavon. Tiu praavo estis baza birdo kiu origine disvastiĝis sur la insuloj. Tiuj insuloj havis malsamajn ekologiajn niĉojn, la malsamaj lokoj kiujn organismo povas havi en ekosistemo. Estas multaj birdoj, do nur tiuj kiuj estas plej adaptitaj al la niĉo povas akiri manĝon kaj poste reprodukti sin. Tiel dum multaj generacioj la populacio disiĝas kaj la birdoj ene de niĉo pli kaj pli malsimilas al tiuj en aliaj niĉoj. Post longa tempo la birdoj estas tiom malsamaj ke se ili renkontus unu la alian, ili ne povus havi fekundajn idojn.

Evoluo 2.jpg

^ La birdoj havas malsamajn bekojn por malsamaj celoj.

Ekzistas du ĝeneralaj sistemoj kiuj gvidas evoluon. Unu el ili estas natura selektado kaj la alia estas genetika drivo. Natura selektado estas la plej konata el la du kaj respondecas pri tio ke organismoj malrapide iĝas pli bone adaptitaj al sia medio. En la tempo de Darwin, nenio estis konata pri DNA kaj genoj, sed oni ja rimarkis ke infanoj tre similas al la gepatroj. Iu sistemo do ebligas al gepatroj transdoni kvalitojn al la infanoj. Tio estas grava en la naturo, pro tio ke tiaj kvalitoj povas pozitive aŭ negative influi la probablecon ke organismo reproduktos sin. Imagu arbaron en kiu troviĝas leporoj kaj vulpoj. Ne ĉiuj leporoj havas la samajn kvalitojn kaj eble ekzistas leporoj kiuj havas kvalitojn kiuj igas ilin pli rapidaj ol la aliaj leporoj. Kompreneble la rapidaj leporoj malpli verŝajne estos manĝataj de la vulpoj ol la malrapidaj, kio donas al ili pli da ŝancoj por reprodukti sin. Ĝenerale la grupo de rapidaj leporoj do havas pli da idoj. La leporoj donas la kvalitojn al siaj idoj kaj post multaj generacioj pli kaj pli da leporoj estas rapidaj. Aliaj meĥanismoj kaŭzas ke hazarde novaj variaĵoj de tiaj kvalitoj povas ekaperi, kio ebligas al la leporoj iĝi eĉ pli rapidaj, ĝis la evolua premo malfortiĝas. Tio povas okazi ekzemple kiam iĝi pli rapida kostus tro da energio, aŭ se la leporoj ekhavus aliron al regiono kie ne loĝas vulpoj. Natura selektado estas kerna principo en evolua teorio, ĉar ĝi montras ke oni ne bezonas homojn aŭ alia inteligenta estaĵo por antaŭenigi la procezon. La medio mem estas la katalizanto de evoluo.

Evoluo 6

^ĝirafoj estas ofta ekzemplo de natura selektado. La longa kolo helpas ilin.

La antagonisto de natura selektado estas genetika drivo. Foje organismoj ne travivas pro tio ke ili estas pli bonaj je tio ol aliaj organismoj, sed pro tio ke ili bonŝancis. Ofte tio okazas kiam iu natura katastrofo okazas, kiu murdas multajn organismojn el populacio. Se bestoj kun specifaj kvalitoj estas pli severe trafataj ol aliaj, tio povas ŝanĝi kiom ofte specifaj kvalitoj troveblas en tiu populacio. Imagu ke oni havas vazon kun cent perloj de malsamaj koloroj. Se oni elprenas dek hazarde ekzistas granda ŝanco ke la prenitaj perloj ne reprezentas la perlojn kiuj origine estis en la vazo. Eble unu koloro eĉ tute malaperis. Specife malgrandaj populacioj estas tre vundeblaj al tiu efiko, pro tio ke oni povas draste ŝanĝi la kolordividon de la perloj nur per ”murdi” kelkajn perlojn. Alia efiko okazas kiam organismoj eniras novan loĝlokon. Imagu ke sur iu insulo kreskas flavaj, bluaj kaj ruĝaj floroj de la sama specio. Eble la vento blovas semojn al najbara insulo, sed nur tiuj de la blua floro. Tio signifas ke tiuj bluaj floroj kreos novan populacion sur la najbara insulo, kiu nur konsistos el bluaj floroj. En tiu nova populacio la divido de malsamaj kvalitoj estas tute malsama ol en la origina populacio. Genetika drivo kaj natura selektado samtempe funkcias kaj influas ĉiujn kvalitojn samtempe, sed ne same multe. Ju pli la kvalito influas kiom verŝajne organismo reproduktos sin, des pli granda la efiko de natura selektado estas, sed se la efiko de la kvalito estas neŭtrala, genetika drivo estas dominanta.

La teorio de evoluo estis nova kaj tiutempe sufiĉe radikala ideo, do sciencistoj ne tuj akceptis ĝin kiel ĝusta. Malgraŭ kontraŭaj teorioj kaj kritikemaj sciencistoj tamen, pli kaj pli da pruvoj estis trovataj kiuj subtenis la ideon de evoluo. Unu el la plej bonaj el tiuj venis el la kampo de paleontologio kaj estis tiom perfekta ke oni origine pensis ke ĝi estis mensogo. Temas pri la unua fosilio de Archaeopteryx, genro de bestoj kiuj ne vere estis birdoj kaj ne vere reptilioj. La fosilio havis longan ostan voston kaj dentojn kiel dinosaŭroj, sed flugilojn kiel birdo. Tio igas ĝin transira fosilio, ĉar ĝi montras la transiron inter reptilioj kaj birdoj. Iusence ĉiuj fosilioj estas transiraj fosilioj, pro tio ke evoluo estas konstanta, malrapidega procezo kiu ne iras tra apartaj paŝoj. La fosilioj de Archaeopteryx tamen, plenigis truon en la kompreno de la evoluo de birdoj pri kiu oni ne trovis fosiliojn antaŭe. Kio igis la fosilio tiom perfekta ne nur estis periodo en kiu ĝi estis malkovrita, sed ankaŭ la kvalito de la fosilio mem. Ĝi venis el ”Lagerstätte”, la paleontologia termino por loko kiu havas fosiliojn de tre diversaj fosilioj, kiuj ekstreme bone konserviĝis. ”Lagerstätte” povas kreiĝi multmaniere, sed ili ĉiuj havas komune ke ili kreas medion en kiu organismo povas morti sen ĥemiaj reagoj aŭ aliaj organismoj kiuj detruas la fosilion. Tio povas okazi ekzemple post natura katastrofo, aŭ en tre sala lago. Kutime oni nur trovas dentojn aŭ ostojn de bestoj tiom aĝaj kiel Archaeopteryx, sed pro la kvalito de la ŝtono en kiu ĝi troviĝis, oni povas ankoraŭ vidi la spurojn de la plumoj. Kiam pli ol dek aliaj specimenoj estis trovitaj, el kiuj kelkaj eĉ pli bone konserviĝis ol la origina specimeno kiu nun troviĝas en Londono, oni povis certi pri la loko de Archaeopteryx en la naturo kiel la kuzoj de modernaj birdoj kaj pri la rolo de evoluo en paleontologio. Ili montris, kune kun fosilioj de aliaj specioj, kiel brakoj kun fingroj ŝanĝiĝis al aloj kaj kiel buŝo kun dentoj ŝanĝiĝis al beko.

Evoluo 4.jpg

^ Archaeopteryx

La malkovroj pri evoluo kaj fosilioj estis tre gravaj, sed ili ne klarigis la tutan rakonton. Darwin kaj aliaj sciencistoj rimarkis ke organismoj transdonas siajn kvalitojn al siaj infanoj, sed havis neniun ideon pri kiel tio ekzakte okazis. En la 19a jarcento, pli ekzakta priskribo de kiel la kvalitoj estas transdonataj venis de Gregor Mendel, monaĥo kiu dum jaroj kreskigis pizojn kaj strukture analizis la rilatojn inter gepatroj kaj gefiloj por statistike priskribi la transdonon de malsamaj kvalitoj. Li eltrovis ke tiuj kvalitoj, ekzemple la koloro aŭ longo de la planto, ne same facile transdoniĝis. Kelkaj kvalitoj estis dominantaj kaj kelkaj ne. Du gepatroj kun blankaj floroj nur produktis idojn kun blankaj floroj, sed tiuj kun ruĝaj floroj povis krei kaj ruĝajn kaj blankajn idojn. Mendel uzis liajn observojn kaj statistikon por konkludi ke la kvalitoj de la planto estas priskribataj de ”faktoroj”, kiujn ni nun nomas genoj. Tiuj faktoroj havas malsamajn variaĵojn kiujn ni nun nomas alelojn. Organismoj havas du alelojn de ĉiu geno kaj se ambaŭ estas nedominantaj, la organismo esprimos la nedominantan kvaliton, sed se eĉ unu el la aleloj estas dominanta, ĝi esprimos la dominantan kvaliton. Dum la 20a jarcento oni malkovris DNA kaj ĝian strukturon kaj ekkomprenis kiel DNA estas la kodo per kiu genoj estas verkataj. Oni komprenas nun ke DNA estas ordigata en strukturoj kiuj nomiĝas ĥromosomoj kiam ĉeloj disiĝas kaj kreas ekzaktan kopion. Kontraste, en spermo kaj ovĉeloj ekzistas nur duono de la DNA kaj diversaj aleloj estas hazarde interŝanĝataj por krei tute novajn kombinojn de aleloj en ĉiu ĉelo. Kiam la spermo kaj ovĉelo renkontiĝas, ili kombinas sian DNA kaj kreas tute unikan individuon. Ĉi tiel, la malsamaj kombinoj de aleloj estas testataj kaj neniu organismo estas identa. Tio estas utila, pro tio ke ŝanĝiĝoj en la medio kaj malsanoj povas murdi nur parton de la populacio kaj tiuj kun pli taŭgaj aleloj travivas. Se ĉiu organismo havus la saman DNA, malsano kiu murdas unu povus facile murdi ĉiujn, kiel okazis plurfoje en la historio al bananoj kaj terpomoj, kiuj fakte ĉiuj estis genetike identaj pro la maniero per kiu ili estis produktataj. Kvankam tio ĉi ja klarigas kiel malsamaj kombinoj de aleloj povas disvastiĝi, ĝi ne povas klarigi evoluon, pro tio ke tute novaj aleloj necesas por antaŭenigi la specion. Tiuj novaj aleloj ja ekzistas kaj estas la rezulto de mutacio.

Evoluo 5.png

^ La malsamaj genkombinoj donas malsamajn pizojn.

Mutacio povas esti sufiĉe timiga vorto kiu ofte estas uzata por priskribi monstrojn el filmoj, sed ĝi estas ĉiutaga afero kaj sen ĝi nenio pli ol la plej primitivaj organismoj povus ekzisti. Mutacio povas okazi pro pluraj mediaj efikoj, kiel altenergia radio aŭ malsanigaj ĥemiaĵoj, sed grandega parto el ili estas simple la rezulto de eraroj en la kopiado de DNA. La plejparto de mutacioj estas malbonaj aŭ neŭtralaj, sed foje ili povas esti utilaj. Se tia mutacio okazas en hazarda loko, ĝi ne ŝanĝas multe longtermine, sed se ĝi okazas en la seksorganoj, ĝi povas esti transdonata al seksĉelo kaj krei idon kiu havas la mutacion en ĉiuj ĉeloj. Kompreneble la DNA havas bonajn sistemojn por ripari la plejmulto de eraroj, do infanoj ankoraŭ ege multe similas al siaj gepatroj, sed post miloj da generacioj, la ŝanĝiĝoj povas iĝi sufiĉe evidenta. Unu el la plej aktualaj mutacioj kun pozitiva efiko estis tiu, kiu ebligis al multaj homoj el socioj kie homoj loĝis kun bovinoj trinki lakton post infaneco. Tiu ŝanĝiĝo ne estas pli aĝa ol kelkaj miloj da jaroj. En bakterioj, kies generacioj foje daŭras nur duonhoro, oni eĉ povas vidi evoluon dum homa vivo. Bakterioj havas iomete malsamajn meĥanismojn por transdoni genojn, sed la kernaj principoj de evoluo ankaŭ por ili validas. La rezulto de tio estas ke eĉ se oni murdas la plejparton de bakterioj per antibiotiko, tiuj kiuj travivas povas sinreprodukti kaj finfine krei specion kiu rezistas tiun antibiotikon. Tial oni uzu antibiotikon nur kiam ĝi vere necesas.

Ke ĉiuj specioj estas parencoj, estas unu el la plej belaj malkovroj en scienco. Ĝi igis nin multe pli bone kompreni nian biologion kaj lokon en la historio de la Tero. Ĝi estas unu el la plej fortaj teorioj kaj montras ke la mondo ĉiam estas multe pli bela kaj interesa ol ĝi ŝajnas. Ĉiam kiam oni pensas ke oni preskaŭ komprenas ĝin, oni malkovras ion kio ŝanĝas ĉion. Krom tiuj fundamentaj komprenoj, la malkovroj en la kampoj de genetiko kaj evolua teorio havas pli kaj pli da praktikaj aplikoj kaj helpas nin kompreni kaj kuraci malsanojn kaj krei plantojn kiuj povas nutri pli da homoj en pli da medioj. Kiu scias kio sekvos?

Advertisements

Respondi

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Ŝanĝi )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Ŝanĝi )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Ŝanĝi )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Ŝanĝi )

Connecting to %s