Osnovi evolucije – I. deo: Evolucija danas

Na osnovu naših posmatranja promena, na osnovu eksperimenata i na osnovu analize dokaza iz prošlosti, naučnici su formirali Teoriju evolucije: naučni model koji objašnjava dokaze koje vidimo u prirodi koja nas okružuje i rekonstruiše istoriju života na Zemlji

„Ništa u biologiji nema smisla osim u svetlu evolucije.“ Ovo su čuvene reči jednog od najvećih biologa dvadesetog veka (i pripadnika Ruske pravoslavne crkve), Teodosija Dobžanskog, koje su danas potvrđene nebrojenim eksperimentima i činjenicama iz živog sveta. Moderna genetika, genomika i bioinformatika, bez kojih je napredak u biološkim naukama nezamisliv, zasnovane su na evolucionim principima. Današnja medicina troši ogromnu količinu sredstava i vremena u borbi protiv mikroorganizama koji evoluiraju otpornost prema našim lekovima brže nego što mi možemo da ih proizvedemo. Paleontolozi neprestano proširuju naše razumevanje istorije razvoja živog sveta, a molekularni biolozi to znanje dopunjuju svojim metodama. Biolozi, biohemičari i svi drugi naučnici koji su posvetili karijeru živom svetu danas smatraju evoluciju očigledno istinitom.

Ali, istovremeno, evolucija je pod ogromnim napadom od strane religioznih grupa koje smatraju da ona na neki način ugrožava istinitost njihovih svetih spisa. Objavljuju se na desetine knjiga, tekstova, pamfleta, filmova, čak i stripova, sve sa namerom da se pokaže kako je Teorija evolucije nemoguća, neistinita i, uopšte, plod nekakve sveopšte naučne zavere. Ipak, mali broj vernika sa naučnim diplomama se promoviše kao „naučna opozicija evoluciji“.

Nećina ovih napada polazi iz dubokog neznanja: ljudi koji se bore protiv evolucije retko znaju šta evolucija u stvari tvrdi, na osnovu kakvih dokaza to tvrdi i koje su njene stvarne implikacije. A što je još gore, zbog površnosti kojom se evolucija obrađuje u školama, čak i među onima koji prihvataju nauku, mnogi imaju razne miskoncepcije o evoluciji. Otud, ovo je tema koju vredi detaljnije obraditi.

U nauci postoje činjenice i postoje teorije koje te činjenice objašnjavaju i stavljaju u širi kontekst. Imamo, na primer, činjenicu gravitacije: tela sa masom se međusobno privlače. Na osnovu analize te činjenice kroz eksperimente, naučnici su stvorili teoriju gravitacije: matematički i fizički model koji objašnjava kako to privlačenje nastaje, kako funkcioniše i kako možemo predvideti njegove posledice.

Isto ovo važi i za evoluciju. Mi danas u svetu posmatramo činjenicu evolucije: nezaobilazne zakone koji upravljaju promenama u živim vrstama. Na osnovu naših posmatranja tih promena, na osnovu eksperimenata i na osnovu analize dokaza iz prošlosti, naučnici su formirali teoriju evolucije: naučni model koji objašnjava dokaze koje vidimo u prirodi, koja nas okružuje, i rekonstruiše istoriju života na Zemlji.

Ovde, očigledno, ne možemo pisati ceo udžbenik biologije, niti izložiti čak ni jedan hiljaditi deo dokaza koji stoje iza nje. Ali, možemo izložiti makar osnove, što ćemo uraditi u nekoliko delova. Sada, u prvom delu, objasnićemo činjenicu evolucije: šta se u živom svetu događa danas, i koji mehanizmi stoje iza toga. U sledećim delovima, iznećemo neke od dokaza koji nam pokazuju šta se desilo u prošlosti, i na osnovu čega znamo kako se evolucija odigravala pre nego što je na svetu bilo naučnika da je posmatraju. Konačno, objasnićemo zašto je evolucija toliko važna za modernu nauku, i zašto se ona smatra centralnom teorijom biologije.

1. Varijacija

Prva stvar koju možemo primetiti kada pogledamo živi svet koji nas okružuje je da potomci nikada nisu identične kopije roditelja. U bilo kom slučaju koji izaberemo, možemo da vidimo da potomci imaju nove karakteristike koje njihovi roditelji nisu imali.

Ako pažljivije proučimo prirodu tih novih karakteristika, tih varijacija, otkrićemo da je njihov uzrok promena u genetskom kodu: mutacija. Svaki put kada telo proizvodi novu jajnu ćeliju ili novi spermatozoid, jedan korak u procesu je duplikacija genetskog koda. U toku ove duplikacije su moguće mnoge greške koje izazivaju mutacije. Neke mutacije menjaju genetski kôd direktno. Druge mutacije nastaju tako što deo genetskog koda bude preskočen tokom kopiranja, proizvodeći ćelije kojima deo informacija nedostaje. Treće dovode do greške u kojoj kôd biva iskopiran više puta, tako da nastaje ćelija koja ima više kopija jedne određene grupe informacija. Bez obzira na to koja od ovih stvari će se desiti, rezultat je da potomak nasleđuje gene koji su malo drugačiji od gena koje su nosili roditelji. Samim tim, potomak će biti malo drugačiji.

Mutacije se odigravaju po principu slučajnosti i mogu da „udare“ bilo koju tačku u genetskom kodu živog bića. Njihov efekt, međutim, može biti veoma raznolik. Zbog strukture genetskog materijala i genetskog koda, većina mutacija je neutralna: mada takve mutacije povremeno mogu da proizvedu neku jedva vidljivu promenu, one nemaju nekog posebnog uticaja na naš život. Recimo, mutacija u određenim kontrolnim genima može učiniti da srednji prst na čovekovoj ruci bude pola milimetra duži ili kraći – što sâm čovek verovatno nikada neće ni primetiti.

Nažalost, od onih mutacija koje nisu neutralne, najveći deo je negativan. Ove mutacije proizvode genetsku bolest, deformaciju, ili (najčešće) smrt. Koliko su ove mutacije česte? Pa, kod ljudi, kada spermatozoid oplodi jajnu ćeliju, u pola slučajeva (50%) genetska oštećenja su tolika da oplođeni embrion nikada ne uspe da se usadi u matericu. Od onih koji se usade u matericu, polovina (dakle, još 25% od ukupnog broja) propadne u toku prve dve-tri nedelje trudnoće (što većina žena i ne primeti). Tek ona poslednja četvrtina sadrži dovoljno dobre gene da bi mogla od njih nastati beba – a to i dalje uključuje sve bebe koje se rode sa genetskim defektima i deformitetima!

Ovakvi genetski defekti najčešće dovode do rane smrti jedinke ili čine nemogućim (ili neverovatnim) da ta jedinka ostavi potomstvo. Samim tim, u roku od jedne ili najviše dve generacije, negativne mutacije bivaju eliminisane iz populacije. Ovo predstavlja kritičnu „kontrolu kvaliteta“: prosečan genom cele vrste ostaje stabilan, pošto oštećenja nemaju priliku da se šire.

Konačno, najređa vrsta mutacija su pozitivne mutacije, one koje dovode do nastanka novih osobina – ili, kao što ćemo videti na konkretnim primerima, kombinacije neutralnih mutacijа koje odjednom postanu pozitivne.

Kako slučajan proces može dovesti do nastanka nove informacije? Ovo mnogim ljudima stoji kao velika prepreka prihvatanju evolucije. Međutim, ovo nije teorijska postavka ili nešto što je neki biolog zamislio na papiru: nastanak novih informacija je hiljadama puta uživo viđena činjenica. Pošto je ovo samo kratak uvod, a ne udžbenik, ograničićemo se na jedan mehanizam nastanka informacija, i na jedan konkretan primer.

2. Nastanak informacija

Uzmimo neko živo biće, koje ima na hiljade gena, među kojima je i gen X. Zamislimo, takođe, da je ovaj gen veoma važan – ako jedinka doživi mutaciju u genu X, ona će u najboljem slučaju biti bolesna, a najverovatnije će ubrzo i umreti.

No, šta se događa u slučaju one treće vrste mutacije: duplikacije? Šta ako se desi duplikacija koja zahvati gen X? U tom slučaju potomak koji nasledi ovu mutaciju sada ima dve kopije ovog gena, X1 i X2.

Za slučaj da ovo izgleda neobično ili neverovatno, vredi primetiti da su duplikacije jedan od najčešćih oblika mutacije: među blizancima, recimo, najveći deo genetskih razlika čine upravo duplikacije. Takođe, u većini slučajeva, duplikacija određenog gena neće imati nikakav vidljiv efekt: organizam koji ima X1 i X2 umesto samo X biće praktično jednak organizmima koji imaju samo X.

Ali, nastavimo sada da pratimo situaciju kroz sledeće generacije. Neki od potomaka ovog prvog mutanta će pre ili kasnije doživeti mutaciju u jednoj od ove dve kopije – recimo, u X2. I umesto da umre, taj potomak će preživeti. Zašto? Pa on i dalje ima X1 kopiju, koja može da obavi neophodnu funkciju.

Nakon ove prve mutacije, kopija X1 postaje kritična: ona je sada isto ono što je ranije bio gen X, važan gen sa jedinstvenom funkcijom, neophodnom za preživljavanje. Ali gen X2 sada ima „slobodu da mutira“, pošto njegove mutacije neće uticati na tu kritičnu funkciju. I što je najvažnije, gen X2 može kroz te mutacije da dođe do nove funkcije, koja može biti pozitivna za organizam!

Ovim mehanizmom nastaje nova funkcija, a da pri tom nijedna prethodna nije izgubljena. Organizam ima sve funkcije koje je imao ranije, plus još jednu dodatnu.

Jedan konkretan primer nastanka novih informacija je nastanak najlonaze. Od svih proizvoda moderne hemije, plastika je jedan od najkorisnijih i najšire korisćenih (ali i najnezgodnijih po pitanju dugoročnih posledica po prirodu). Jedna vrsta plastike zvana „najlon“ je prvi put proizvedena 1935. godine i, prethodno (bar koliko je nauci poznato), nikada i nigde nije postojala u prirodi. Ovaj polimer je potpuno drugačiji od polimera koje proizvode živa bića i, kao takav, „nesvarljiv“ je za žive organizme. Kao rezultat, nema truljenja plastike; ona se raspada samo kroz veoma spore hemijske procese.

Ali, život se adaptira. Već 1975. godine, naučnici su u vodi u koju je ispuštan otpad fabrike najlona pronašli soj bakterija (Flavobacterium) koji je evoluirao enzim najlonazu. Taj enzim je omogućavao bakteriji da razara kratke lance najlona, i da koristi najlon kao hranu. Nakon ovog otkrića, naučnici su u laboratoriji izložili potpuno drugačiju vrstu bakterija, Pseudomonas aeruginosa, istoj mešavini najlonskih nusprodukata. Ubrzo, ova bakterija je nezavisno evoluirala sposobnost da „jede“ najlon, na potpuno drugačiji način.

U oba slučaja, nova osobina se razvila kroz takozvane „frejmšift“ mutacije, koje izmene deo genoma tako da proizvedu gen sa potpuno slučajnim kodom. U oba slučaja, takođe, nije izgubljeno ništa od prethodno postojećih sposobnosti bakterije. Nova sposobnost je dobijena bez ikakvog gubitka prethodno postojećih.

Noderna genomika je jasno pokazala da je većina gena modernih životinja nastala upravo kroz procese duplikacije praćene mutacijama. I dan-danas, svaki od milijardi ljudi na svetu u svom genomu nosi na hiljade duplikovanih ili ugašenih gena, koji polako mutiraju. Velika većina ovakvih gena će prosto mutirati dok ne postane „đubre“: genetski kôd koji više nema nikakvu funkciju, i koji će, pre ili kasnije, slučajnom mutacijom biti izbrisan. Ali, povremeno, neki od ovih gena će razviti novu, pozitivnu funkciju.

Verovatnoća pojedinačne pozitivne mutacije je veoma mala. No, ovo je kompenzovano velikim brojem jedinki koje doživljavaju veliki broj mutacija. Dovoljno je da jedan od hiljada gena kod jedne od miliona jedinki u jednoj od hiljada generacija doživi ovakvu pozitivnu mutaciju.

Ali, sve ovo nam ostavlja još jedan problem. Mutacije su efektivno slučajne, i ma koliko bila moćna, ovakva slučajnost nije dovoljna da proizvede živi svet kakav danas postoji. Potrebno je još nešto: korak koji nije slučajan, korak koji gura populaciju u jednom određenom pravcu.

3. Selekcija

Psi i vukovi su, tehnički, jedna ista vrsta. Psi se mogu pariti sa vukovima, i proizvesti potomstvo. Ponašanje pasa je u mnogim aspektima veoma slično ponašanju vukova. Uopšte, možemo reći da su psi, u stvari, pripitomljeni vukovi.

Ali, pogledajmo pse za trenutak i razmislimo o jednom prostom pitanju: da li je ikada, u celoj istoriji sveta, neka vučica rodila stvorenje koje izgleda kao čivava? Ili kao bernardinac? Takva ideja izgleda očigledno besmisleno. Ali ipak, imamo činjenicu da su i čivave i bernardinci nastali od vukova. Kako je to moguće?

Uzmimo vučicu koja je upravo okotila nekoliko štenadi. Neka štenad će izrasti u malo veće vukove, neka u malo manje. Neka će imati malo duže krzno, neka malo kraće. Neka će imati malo sivlje, neka malo žuće. I neće samo izgled biti različit. Neka štenad će biti agresivnija, neka manje agresivna. Neka će biti inteligentnija, neka gluplja.

Čovek koji želi da uzgoji novu rasu pasa može na ovu grupu štenadi da primeni selektivni pritisak. Recimo, uzmimo da čovek želi da uzgoji rasu sa manjom veličinom tela. On će iz gomile štenadi izabrati one koji su najmanji i najkraći, pa će njima dopustiti da se međusobno pare; one koji su visoki i veliki će izbaciti ili ih sprečiti da imaju potomstvo.

Iz štenadi koju dobije ukrštanjem najmanjih primeraka, čovek opet izbaci one koji su najviši i najveći, ostavljajući najmanje i najniže da se međusobno pare. I opet, i opet, i opet, svake godine. Kroz samo nekoliko generacija, uzgajivač će na ovaj način dobiti vukove koji su u proseku znatno manji od početne grupe. A ako ovako nastavi iz generacije u generaciju i ako tako nastavi čovekov sin, i njegov unuk, i njegov praunuk, na kraju će dobiti zaista malu životinju od samo kilogram ili dva.

Mi možemo da teorijski zamislimo vučicu koja okoti zaista malo štene. Ali, to štene bi verovatno imalo samo jednu veliku, katastrofalnu mutaciju, koja bi dovela do rane smrti ili teške bolesti. Takođe, to štene nikada ne bi moglo da uspostavi novu rasu: čak i ako se rodi, sa čime bi se ono parilo? Ako je štene mužjak, gde bi našlo ženku?

Ali, kroz generacije sporih, postepenih promena… mi od vuka možemo stvoriti čivavu. Tako što promene postepeno skupljamo u celoj populaciji, mi proizvodimo čitavu grupu jedinki u kojoj su određene osobine koncentrisane, dok su druge eliminisane.

Ovo je primer veštačke selekcije, procesa kojim su ljudi proizveli ne samo pse, već i kokoške koje legu jaja daleko češće nego bilo koja ptica u divljini, krave koje daju mleko, ovce koje daju najbolju vunu, itd, itd.

Ali, isti ovaj proces automatski deluje i u prirodi. Vratimo se na trenutak na primer najlonaze. U bakterijama izloženim nusproduktima najlona, došlo je do duplikacija koje su proizvele nove gene. Ti geni su mutirali. Bakterije kod kojih su ovi geni mutirali u nešto štetno su umirale i nisu ostavljale potomstvo. Bakterije kod kojih su ovi geni bili neutralni su ostavljale isti broj potomaka kao i sve druge bakterije oko njih. Ali, bakterije kojima su ove promene dale novu sposobnost – mogućnost da koriste izvor hrane koji nije dostupan nijednom drugom organizmu oko njih – te bakterije su imale reproduktivnu prednost, ostavljajući mnogo više potomaka nego druge bakterije u populaciji. Ti potomci će, zatim, ostaviti više potomaka, njihovi potomci će ostaviti više potomaka – dok, na kraju, bakterije sa novom osobinom ne potisnu „staru vrstu“ potpuno.

Ovaj proces, koji danas posmatramo na hiljadama primera širom sveta, zove se prirodna selekcija. U svakoj generaciji, varijacija koju proizvode mutacije (potpuno nove ili nasleđene kombinacije starih mutacija) dovodi do nastanka jedinki koje su manje ili više sposobne da prežive i ostave potomstvo. One koje su najmanje sposobne neće ostaviti potomstvo i njihovi geni će nestati iz populacije. One koje su prosečno sposobne će ostaviti prosečan broj potomaka. A one koje su najsposobnije će ostaviti natprosečan broj potomaka i time će njihovi geni postati češći u okviru populacije.

To nas dovodi do jedne od najvažnijih činjenica u vezi s evolucijom: pojedinci nikada ne evoluiraju, oni samo variraju. Evolucija se događa na nivou populacije. Isto kao što vučica nikada neće okotiti čivavu, tako se ni iz jajeta ribe nikada neće izleći žaba.

Ali, kroz sporu akumulaciju malih promena, ljudi su od vukova proizveli čivave. Isto tako, kao što ćemo pokazati u sledećem broju, sporom akumulacijom promena su od ripidistijanskih riba nastali prvi vodozemci.

4. Evolucija je neizbežan efekt osnovnih zakona prirode

Ovaj goreopisani proces mi danas možemo da pratimo uživo u svetu koji nas okružuje. Pratili smo ga decenijama pomoću fizičkih i fizioloških karakteristika, a danas ga pratimo i direktno na genetskom nivou.

Važno je razumeti da je ovaj proces apsolutno neizbežan:

– Mutacije su neizbežne. Osnovni procesi reprodukcije i replikacije ćelija uvek proizvode određen broj mutacija i promena u genetskom kodu.
– Mutacije neizbežno proizvode varijacije: razlike i novitete u sposobnostima, izgledu i osobinama organizma.
– Pod selektivnim pritiscima okoline, varijacije neizbežno utiču na sposobnost preživljavanja i reprodukcije date jedinke.
– Varijacije koje su negativne će nestati iz populacije, pošto jedinke koje ih nose neće uspevati da ostave potomstvo, ili će ostaviti znatno manje potomaka od drugih jedinki.
– Varijacije koje su neutralne će se prenositi na sledeću generaciju, ali se neće širiti kroz populaciju.
– Varijacije sa pozitivnim efektima će se prenositi na sledeće generacije i proširiće se kroz populaciju.
– Ovim se neizbežno menja genetski sastav populacije.
– Promenom genetskog sastava, menja se i sama vrsta.

Dakle, činjenica evolucije – činjenica da se život koji nas okružuje neprestano menja i adaptira kroz procese varijacije i prirodne selekcije – nezaobilazna je. Živi svet kakav danas postoji na svetu neće biti takav zauvek.

Veoma mali broj vrsta koji živi u veoma stabilnoj okolini može da ostane veoma sličan svojim precima (primeri ovoga su ajkule, ili neke vrste kraba). Ali, čak i u ovim superstabilnim okolinama, biće nekih promena, tako da će potomci polako postajati sve značajnije drugačiji. Za većinu vrsta, promenljiva okolina i promenljivi selektivni pritisci dovode do mnogo bržih i drastičnijih promena. Kroz nekoliko desetina miliona godina, živi svet će biti drastično različit od današnjeg.

Ova neizbežna promena predstavlja činjenicu evolucije. Ali, na osnovu čega znamo da se život ovako razvijao i u prošlosti? Kako znamo šta se i kada događalo? Na ova pitanja ćemo odgovoriti u sledećem tekstu u ovoj seriji.

Autor: Miloš Babić

Napomena:
Autor ovog teksta nije povezan sa Udruženjem “Ateisti Srbije”.
Njegov web-sajt TeorijaEvolucije.com je
religijski neutralan i bavi se isključivo naučnim činjenicama
bez uplitanja bilo religije, bilo ateizma.