Η εξέλιξη και οι «μαρτυρίες» της 🔬

Αν παρατηρήσουμε προσεκτικά τον κόσμο που μας περιβάλλει, θα ανακαλύψουμε πολύ μεγάλη ποικιλομορφία οργανισμών. Υπάρχουν απλές μορφές ζωής, όπως οι μικροοργανισμοί που δεν μπορούμε καν να παρατηρήσουμε με γυμνό μάτι, μέχρι μεγαλόσωμα ζώα όπως οι ελέφαντες και οι φάλαινες. Κάποιοι οργανισμοί παραμένουν όλη τους τη ζωή ακίνητοι σε ένα μέρος, ενώ άλλοι διανύουν χιλιάδες χιλιόμετρα μέσα σε έναν μόλις χρόνο, μεταναστεύοντας από ψυχρότερες σε θερμότερες περιοχές. Άλλοι κινούνται με πολλά πόδια, άλλοι έρπουν, σκαρφαλώνουν, πετούν ή κολυμπούν, ενώ ο άνθρωπος διακρίνεται για τη χαρακτηριστική δίποδη βάδισή του.

Ταυτόχρονα όμως, οι οργανισμοί εμφανίζουν και πολλές ομοιότητες: όλοι αποτελούνται από κύτταρα, όλοι έχουν ανάγκη από νερό, όλα τα θηλαστικά έχουν τρίχες κ.ο.κ. Είναι φυσικό, λοιπόν, να αναρωτηθούμε πού οφείλονται αυτές οι ομοιότητες και πώς προέκυψαν οι διαφορές ανάμεσα στις μορφές ζωής της Γης.

Τι είναι η εξέλιξη

Οι επιστήμονες σήμερα υποστηρίζουν πως όλη αυτή η ποικιλότητα οφείλεται στην εξέλιξη. Θεωρούν δηλαδή ότι όλες αυτές οι μορφές ζωής κατάγονται από κάποιες άλλες που υπήρχαν πριν από πολλά χρόνια και σταδιακά αντικαταστάθηκαν από νέες. Η εξέλιξη είναι τελικά μια συνεχής διαδικασία, που ξεκίνησε από τότε που εμφανίστηκε ζωή επάνω στον πλανήτη μας και συντελείται ακόμα και σήμερα.

Η θεωρία της εξέλιξης θεμελιώθηκε από τον Κάρολο Δαρβίνο (Charles Darwin) τον 19ο αιώνα. Ο Δαρβίνος παρατήρησε ότι, εκτός από την ποικιλομορφία μεταξύ των διαφορετικών ειδών, υπάρχει και ποικιλομορφία μεταξύ των ατόμων ενός και του ίδιου είδους. Για παράδειγμα, στο ανθρώπινο είδος συναντάμε άτομα κοντά ή ψηλά, με ανοιχτό ή σκούρο χρώμα μαλλιών, παχιά ή αδύνατα κ.ά.

Χαρακτηριστικά, πλεονεκτήματα και το περιβάλλον

Τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν τα άτομα ενός είδους οφείλονται σε γονίδια και προσδίδουν σε όσους τα φέρουν κάποια πλεονεκτήματα ή μειονεκτήματα ως προς την επιβίωσή τους στο περιβάλλον όπου ζουν. Για παράδειγμα, μια στενή και μεγάλη μύτη μπορεί να διευκολύνει την επιβίωση σε ψυχρό κλίμα σε σχέση με μια κοντή και φαρδιά μύτη, γιατί ο αέρας που εισπνέεται θερμαίνεται κατά τη δίοδό του μέσα από τη μεγάλη μύτη, προτού φτάσει στους πνεύμονες. Ομοίως, ένα παχύ ζώο μπορεί να αντεπεξέλθει καλύτερα σε ψυχρές συνθήκες λόγω του λίπους που έχει στο σώμα του, αλλά το ίδιο χαρακτηριστικό μπορεί να αποτελεί μειονέκτημα σε ένα θερμό κλίμα.

Καθώς οι συνθήκες στη Γη μεταβάλλονται συνεχώς, κάποιοι οργανισμοί προσαρμόζονται και κάποιοι όχι. Χαρακτηριστικό παράδειγμα οργανισμών που δεν προσαρμόστηκαν είναι οι δεινόσαυροι: κάποτε αποτελούσαν μία από τις πιο επιτυχημένες ομάδες οργανισμών πάνω στη Γη, αλλά εξαφανίστηκαν κάτω από αδιευκρίνιστες συνθήκες. Μία από τις υποθέσεις που έχουν διατυπωθεί υποστηρίζει ότι δεν μπόρεσαν να προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες συνθήκες του περιβάλλοντος.

Η φυσική επιλογή

Σε έναν πληθυσμό, κάποια άτομα είναι καλύτερα προσαρμοσμένα στο συγκεκριμένο περιβάλλον. Αυτά έχουν περισσότερες πιθανότητες να επιβιώσουν, αλλά και να δώσουν περισσότερους απογόνους. Οι απόγονοί τους θα τους μοιάζουν, άρα θα πολλαπλασιαστούν μέσα στον πληθυσμό τα άτομα με τα «ευνοϊκά» χαρακτηριστικά. Ταυτόχρονα, θα μειώνονται τα άτομα που δεν φέρουν αυτά τα χαρακτηριστικά, αφού δεν είναι τόσο καλά προσαρμοσμένα στο συγκεκριμένο περιβάλλον. Με το πέρασμα του χρόνου, ο πληθυσμός θα αποτελείται όλο και περισσότερο κυρίως από άτομα που φέρουν τα «ευνοϊκά» χαρακτηριστικά.

Αυτή η διαδικασία της επιβίωσης του καλύτερα προσαρμοσμένου οργανισμού ονομάζεται Φυσική Επιλογή. Χάρη σε αυτήν, κάθε πληθυσμός διαφοροποιείται όλο και περισσότερο. Η διαφοροποίηση αυτή μπορεί να οδηγήσει, υπό ορισμένες συνθήκες, μέχρι και στη δημιουργία νέων ειδών. Η ίδια διαδικασία μπορεί, βέβαια, να οδηγήσει άλλα είδη σε εξαφάνιση.

Μεταλλάξεις: η πηγή της ποικιλομορφίας

Για να δράσει η Φυσική Επιλογή, πρέπει να υπάρχει ποικιλομορφία, δηλαδή γενετική ποικιλότητα, στην οποία συμβάλλουν οι μεταλλάξεις. Οι περισσότερες μεταλλάξεις είναι βλαβερές για τα άτομα που τις φέρουν. Υπάρχουν όμως και κάποιες που μπορεί να είναι ευνοϊκές για την επιβίωση των ατόμων στο συγκεκριμένο περιβάλλον.

Τα άτομα που φέρουν τις ευνοϊκές μεταλλάξεις θα λειτουργούν καλύτερα στις συνθήκες του συγκεκριμένου περιβάλλοντος και, φυσικά, θα επιβιώνουν ευκολότερα. Συνεπώς, θα μπορούν να παράγουν περισσότερους απογόνους, οπότε θα μεταβιβάζουν σε αυτούς και τα «ευνοϊκά» γονίδια. Με το πέρασμα πάρα πολλών χρόνων, τα άτομα που διαθέτουν τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά θα γίνονται όλο και περισσότερα στον πληθυσμό.

Πώς μελετούν οι επιστήμονες την εξέλιξη

Η άμεση παρακολούθηση της εξέλιξης και η καταγραφή του σχηματισμού νέων ειδών φυτών, ζώων ή άλλων οργανισμών δεν είναι εύκολη υπόθεση, γιατί η εξέλιξη γίνεται με πολύ αργούς ρυθμούς. Οι επιστήμονες λοιπόν είναι αναγκασμένοι να βρίσκουν άλλους τρόπους να συγκεντρώνουν στοιχεία για τις μεταβολές της ζωής πάνω στη Γη στην πορεία των αιώνων. Από τον καιρό του Δαρβίνου, η πιο σημαντική μέθοδος ήταν η μελέτη πετρωμάτων και απολιθωμάτων. Πέρα από τα στοιχεία που δίνουν τα απολιθώματα, οι επιστήμονες σήμερα έχουν στη διάθεσή τους ένα μεγάλο σύνολο πληροφοριών από μελέτες στο πλαίσιο της γενετικής και της οικολογίας. Στις αρχές του 21ου αιώνα πλέον, αποδείξεις για την εξέλιξη προέρχονται από κάθε τομέα της βιολογίας.

Τα στοιχεία που αξιοποιούν σήμερα οι επιστήμονες που προσπαθούν να καταγράψουν την ιστορία των οργανισμών πάνω στη Γη μπορούμε να τα διακρίνουμε σε δύο ομάδες: τα απολιθώματα και τις βιοχημικές αποδείξεις.

Τα απολιθώματα

Συνήθως, μετά τον θάνατο ενός ζώου, το σώμα του αποσυντίθεται. Στην αρχή αποσυντίθενται τα μαλακά μέρη, ενώ τα σκληρά, όπως τα οστά ή τα δόντια, αποσυντίθενται και αυτά, αλλά χρειάζεται μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Υπάρχουν ωστόσο και φορές που δεν ακολουθείται αυτή η διαδικασία.

Για παράδειγμα, αν το νεκρό ζώο καλυφθεί από λάσπη, υπάρχει η δυνατότητα κάποια ανόργανα υλικά να αντικαταστήσουν τα σκληρά μέρη του ζώου, δίνοντας «πέτρινα ομοιώματα» των μερών αυτών — τη διαδικασία αυτή την ονομάζουμε απολίθωση. Επειδή τα υλικά αυτά δεν φθείρονται εύκολα, παραμένουν αναλλοίωτα για εκατοντάδες, ακόμα και εκατομμύρια χρόνια, δίνοντας τα απολιθώματα. Ένα απολίθωμα μπορεί να είναι ολόκληρος οργανισμός ή και τμήματά του. Με παρόμοιο τρόπο μπορούν να απολιθωθούν και φυτικοί οργανισμοί, π.χ. δέντρα.

Οι πληροφορίες που συγκεντρώνονται από τα απολιθώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αναπαρασταθούν γεγονότα που έγιναν εκατομμύρια χρόνια πριν. Δίνουν τη δυνατότητα να διατυπωθούν υποθέσεις για τη συμπεριφορά ζώων που έχουν εξαφανιστεί ή να βγουν συμπεράσματα για το κλίμα μιας εποχής. Βέβαια, μέσα σε εκατομμύρια χρόνια τα απολιθώματα καταστρέφονται πολύ εύκολα, αλλά καθετί που βρίσκεται μπορεί να συνεισφέρει στη δημιουργία μιας πιο ολοκληρωμένης εικόνας για το παρελθόν της ζωής στη Γη.

Οι βιοχημικές αποδείξεις

Πέρα από τα απολιθώματα, οι ερευνητές έχουν στη διάθεσή τους και άλλα στοιχεία για να μελετήσουν την εξέλιξη των ειδών, όπως είναι κάποια βιοχημικά δεδομένα. Πιο συγκεκριμένα, μέσα από τη μελέτη των πρωτεϊνών μπορεί να διαπιστωθεί αν κάποια είδη βρίσκονται κοντά εξελικτικά ή όχι. Υπάρχουν πρωτεΐνες που επιτελούν την ίδια λειτουργία σε διαφορετικά είδη, π.χ. η αιμοσφαιρίνη στα διάφορα είδη των θηλαστικών και των πτηνών.

Όσο πιο όμοιες είναι αυτές οι πρωτεΐνες, δηλαδή όσο πιο όμοια είναι η αλληλουχία των αμινοξέων τους, τόσο πιο «συγγενικά» είναι τα είδη. Συνεπώς, έχουν έναν κοινό πρόγονο που έζησε στο πολύ πρόσφατο παρελθόν. Αν όμως οι πρωτεΐνες τους διαφέρουν πολύ, αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να αναζητηθεί ο κοινός τους πρόγονος πολύ πιο πίσω στον χρόνο.

Η βιοχημική μελέτη της εξέλιξης των ειδών έγινε πολύ αργότερα από τη μελέτη των απολιθωμάτων και ουσιαστικά συνέβαλε στην επιβεβαίωση ή στην απόρριψη των δεδομένων που παρείχε μέχρι τότε το αρχείο των απολιθωμάτων.