Προηγούμενες γνώσεις που θα χρειαστώ...

Το περιβάλλον εμφανίζει ετερογένεια, αλλά...

...διαφορετικοί οργανισμοί διαθέτουν χαρακτηριστικά χάρη στα οποία επιβιώνουν σε διαφορετικά περιβάλλοντα.

Οι οργανισμοί κληρονομούν κάποια χαρακτηριστικά
από τους προγόνους τους.

Οι γονιδιακές μεταλλάξεις δημιουργούν
αλληλόμορφα αυξάνοντας την ποικιλομορφία
των οργανισμών.

....καινούριες γνώσεις που θα αποκτήσω

• Τι είναι η εξέλιξη και πώς συντελείται
• Τι είναι τα απολιθώματα και ποια η σημασία τους για τους επιστήμονες.
• Ποια βιοχημικά στοιχεία συνηγορούν υπέρ της εξέλιξης.

7.1 H εξέλιξη και οι «μαρτυρίες» της

Αν παρατηρήσουμε προσεκτικά τον κόσμο που μας περιβάλλει, θα ανακαλύψουμε πολύ μεγάλη ποικιλομορφία οργανισμών. Ταυτόχρονα όμως θα ανακαλύψουμε ότι οι οργανισμοί εμφανίζουν και πολλές ομοιότητες. Για παράδειγμα, όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα, όλοι έχουν ανάγκη από νερό, όλα τα θηλαστικά έχουν τρίχες κ.ο.κ. Είναι φυσικό να αναρωτηθούμε πώς εμφανίστηκαν όλες αυτές οι

Εικ. 7.1 Στον πλανήτη μας συναντάμε
μεγάλη ποικιλομορφία οργανισμών: Από
απλές μορφές ζωής, όπως είναι οι
μικροοργανισμοί, που δεν μπορούμε καν
να παρατηρήσουμε με γυμνό μάτι, μέχρι
τους μεγαλόσωμους ελέφαντες και τις
φάλαινες. Οργανισμούς που παραμένουν
όλη τους τη ζωή ακίνητοι σε ένα μέρος και
άλλους οι οποίοι διανύουν χιλιάδες
χιλιόμετρα μέσα σε ένα μόλις χρόνο,
μεταναστεύοντας από ψυχρότερες σε
θερμότερες περιοχές. Οργανισμούς που
κινούνται με πολλά πόδια, αλλά και
ανθρώπους με τη χαρακτηριστική δίποδη
βάδιση. Οργανισμούς που έρπουν,
σκαρφαλώνουν, πετούν ή κολυμπούν.
Αυτά είναι μερικά μόνο παραδείγματα της
πολύ μεγάλης ποικιλομορφίας της ζωής.

μορφές ζωής στη Γη, πού οφείλονται αυτές οι ομοιότητες και πώς προέκυψαν αυτές οι διαφορές.

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.

Εικ. 7.2 Ο Κάρολος Δαρβίνος ταξιδεύοντας
με το πλοίο Beagle είχε την ευκαιρία να δει
ποικίλους οργανισμούς και να αναπτύξει
τη θεωρία της εξέλιξης.

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 συναντάμε και ποικιλομορφία μεταξύ των ατόμων ενός είδους. Για παράδειγμα, στο ανθρώπινο είδος συναντάμε άτομα κοντά ή ψηλά, με ανοιχτό ή σκούρο χρώμα μαλλιών, παχιά ή αδύνατα κ.ά. Τα περισσότερα από αυτά τα χαρακτηριστικά οφείλονται σε γονίδια και προσδίδουν στα άτομα που τα φέρουν κάποια πλεονεκτήματα ή μειονεκτήματα τα οποία αφορούν την επιβίωσή τους στο περιβάλλον όπου ζουν. Έτσι, μια στενή και μεγάλη μύτη μπορεί να διευκολύνει την επιβίωση σε ένα ψυχρό κλίμα σε σχέση με μια κοντή και φαρδιά μύτη, γιατί ο αέρας που εισπνέεται θερμαίνεται, κατά τη δίοδό του από τη μεγάλη μύτη, μέχρι να φτάσει στους πνεύμονες. Ομοίως, ένα παχύ ζώο μπορεί να αντεπεξέλθει καλύτερα σε ψυχρές συνθήκες λόγω του λίπους που έχει στο σώμα του, αλλά το χαρακτηριστικό αυτό μπορεί να είναι μειονέκτημα σε ένα θερμό κλίμα. Συνεπώς, ένα χαρακτηριστικό από μόνο του συνήθως δεν μπορεί να θεωρηθεί αποκλειστικά θετικό ή αρνητικό για την επιβίωση ενός οργανισμού, αλλά πάντα σε σχέση με το περιβάλλον στο οποίο ζει.

Εικ. 7.3 Καθώς οι συνθήκες στη Γη
μεταβάλλονται συνεχώς, κάποιοι
οργανισμοί προσαρμόζονται και κάποιοι όχι.
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. Οι υποθέσεις που κάνουμε
είναι πολλές και μία από αυτές
υποστηρίζει ότι δεν μπόρεσαν να
προσαρμοστούν στις μεταβαλλόμενες συνθήκες.

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

Εικ. 7.4 Σε αυτό το απλό διάγραμμα
φαίνεται πώς μέσω της Φυσικής Επιλογής
επιβιώνουν τελικά τα καλύτερα
προσαρμοσμένα άτομα. Στο διάγραμμα
απεικονίζεται το πλήθος των διαφορετικού
μεγέθους νυχτερίδων σε ένα οικοσύστημα.
Τελικά επιβιώνουν οι νυχτερίδες που
έχουν μέγεθος που διευκολύνει την
επιβίωσή τους στο συγκεκριμένο
περιβάλλον. Αυτό δεν είναι ούτε πολύ
μεγάλο, ώστε να δυσκολεύονται να
ελιχθούν ανάμεσα στα δέντρα, ούτε πολύ
μικρό, ώστε να κινδυνεύουν από
περισσότερους εχθρούς.

Για να δράσει η Φυσική Επιλογή, πρέπει να υπάρχει ποικιλομορφία, δηλαδή γενετική ποικιλότητα, στην οποία συμβάλλουν και οι μεταλλάξεις. Οι περισσότερες μεταλλάξεις είναι βλαβερές για τα άτομα που τις φέρουν. Yπάρχουν όμως και κάποιες που μπορεί να είναι και 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 και περισσότερους απογόνους, οπότε θα μεταβιβάζουν σε αυτούς και τα «ευνοϊκά» γονίδια. Με το πέρασμα πάρα πολλών χρόνων τα άτομα που θα διαθέτουν τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά θα γίνονται όλο και περισσότερα στον πληθυσμό.

Εικ. 7.5 Απολιθώματα.

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 μας 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 οι οποίοι 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

Εικ. 7.6 Ο μύθος του μονόφθαλμου
Κύκλωπα βασίστηκε κατά πάσα
πιθανότητα σε απολιθωμένα κρανία
ελεφάντων, στα οποία η τρύπα της
προβοσκίδας μοιάζει με μάτι. Με το
πέρασμα του χρόνου αυτοί οι μύθοι
έχασαν τη δύναμή τους και πλέον
μελετώνται για τους συμβολισμούς τους
και όχι ως αλήθειες.

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. Yπάρχουν 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 (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 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. Yπάρχουν 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

Εικ. 7.7 Οι πληροφορίες που
συγκεντρώνουμε από τα απολιθώματα
μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να
αναπαραστήσουν γεγονότα που έγιναν
εκατομμύρια χρόνια πριν. Μας δίνουν τη
δυνατότητα να διατυπώσουμε υποθέσεις
για τη συμπεριφορά ζώων που έχουν
εξαφανιστεί ή να βγάλουμε
συμπεράσματα για το κλίμα. Βέβαια,
μέσα σε εκατομμύρια χρόνια τα
απολιθώματα καταστρέφονται πολύ
εύκολα, αλλά καθετί που βρίσκουμε
μπορεί να συνεισφέρει στη δημιουργία
μιας ολοκληρωμένης εικόνας. Στην
εικόνα παρατηρούμε κορμό
απολιθωμένου δέντρου που βρέθηκε
στο Απολιθωμένο Δάσος της Μυτιλήνης.

παρελθόν. Αν όμως οι πρωτεΐνες τους διαφέρουν πολύ, αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να ανατρέξουμε αρκετά πίσω για να αναζητήσουμε τον κοινό τους πρόγονο.

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 μας παρείχε μέχρι τότε το αρχείο των απολιθωμάτων.

Εικ. 7.8 Αυτά τα απολιθωμένα ίχνη
βοηθούν τους επιστήμονες να
υπολογίσουν το μήκος του
διασκελισμού των δεινοσαύρων.

Ερωτήσεις

Προβλήματα

Δραστηριότητες

1. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με το γράμμα (Σ), αν είναι σωστές, ή με το γράμμα (Λ), αν είναι λανθασμένες:

α. Η εξέλιξη συντελείται ακόμα και σήμερα.

β. Η επιβίωση του καλύτερα προσαρμοσμένου ατόμου ονομάζεται Φυσική Επιλογή.

γ. Αν ένα άτομο είναι καλά προσαρμοσμένο σε ένα περιβάλλον, τότε το ίδιο θα ισχύει ακόμα και αν αλλάξουν οι συνθήκες του περιβάλλοντος.

δ. Το υλικό της Φυσικής Επιλογής το προσφέρουν οι μεταλλάξεις.

ε. Τα στοιχεία που έχουν στη διάθεσή τους οι επιστήμονες στην προσπάθειά τους να καταγράψουν την πορεία της εξέλιξης είναι μόνο τα απολιθώματα.

2. Τι είναι η εξέλιξη; Πότε ξεκινά και πότε σταματά;

3. Με ποιον τρόπο πιστεύουμε σήμερα ότι συντελείται η εξέλιξη;

4. Ποια η σχέση των μεταλλάξεων με την εξέλιξη;

5. Ένα άτομο στείρο είναι δυνατόν να επηρεάσει την πορεία της εξέλιξης των οργανισμών του είδους του;