уторак, 08. јануар 2013.

Klasifikacija živog sveta

                          DarwinTreeOfLife-%20L
Nedavno sam ugledala komentar na jedan stari post o Darvinovoj teoriji evolucije.  Tekst posta, u kom su navedeni neki od  naučnih pristupa koji se odnose kritično prema teoriji evolucije, anonimni komentator je protumačio kao stav “ iz domena religije ili kreacionizma” ,… “zakulisnom  zabavnom  teorijicom”  koje se ispisuju  “na ovakvim blogovima da izazivaju neodrasle i neiživljene osobe željne senzacije i spektakla”.
Iza ovog komentara usledilo je još nekoliko. Jednim je opsežno objašnjenja teorija evolucije, drugim je  apostrofiran herojski čin Prometeja, koji stalnim preispitivanjem i menjanjem poretka dovodi do daljeg progresa. 
Ovakvi, dijametralno suprotni komentari, su uobičajena reakcija na temu teorije evolucije. Zastupnici teorije veruju da je više ne treba dokazivati, kao što se više ne treba dokazivati da se Zemlja okreće oko Sunca. Protivnici teorije  iz naučnih krugova  kritiku zasnivaju na novim istraživanjima i saznanjima koja, po njima, narušavaju jedan segment teorije,retko teoriju u celini.
Šta god mislili o teoriji evolucije nauka će i dalje osvajati nova saznanja. Da li će ona ići u prilog ili protiv teorije evolucije, niko ne zna, niti je na nama izvan struke da o tome sudimo.

Ovim postom, kao i  prethodnim, prenosim  naučni tekst Branislava Uzelca i Damjana Krstajića o pomaku u klasifikaciji vrsta. Po autorima ova tema  još uvek nije dospela do šireg auditorija. Tekst   je i nastao tim povodom.


Izmene u klasifikaciji biologije 

Da se živi svet deli na biljke i životinje, zastareo je već više od sto godina. Jedna od poslednjih deoba koju je predložio Vitaker 1969. je klasifikacija na pet carstava – Animalia, Plantae, Fungi, Protoctista i Monera – i ona se danas nalazi u našim boljim udžbenicima iz biologije.


Darvin

Čarls Darvin je tvrdio da sva živa bića verovatno potiču od jednog zajedničkog pretka i da se evolucija vrsta može prikazati kao drvo života.  Darvin je naročito bio impresioniran raznolikošću životnih formi.  Poznat je primer galapagoskih zeba i prisustvo specifičnih i jedinstvenih oblika na pojedinim ostrvima arhipelaga. Darvin je zapazio da svako ostrvo poseduje jedinstvenu populaciju zeba. Zebe sa različitih ostrva su bile slične u boji, veličini i obliku, što je sve ukazivalo na njihovu blisku srodnost. Ipak, one su imale specifične kombinacije osobina koje su bile indikator evolucione jedinstvenosti i reproduktivne izolacije.
U delu Postanak vrsta Darvin je pružio, uz izuzetno veliki broj činjenica i dokaza, celovito objašnjenje uzroka promenljivosti vrsta. Iako jedna od najvećih ideja u intelektualnom stvaralaštvu, koja je imala uticaj na razvoj biologije kao što su Njutnovi zakoni imali na fiziku, Kopernikova teorija na astronomiju i Teorija tektonskih ploča na geologiju – Darvinova teorija nije bila prihvaćena sedamdeset godina.  Darvin nije znao za mutacije, t nije ni znao kako se stvara, generiše genetička varijabilnost u populaciji i  nije znao mehanizam prenosa varijabilnosti sa roditelja na potomstvo i Mendelova pravila razdvajanja i nezavisnog kombinovanja.

Otkriće DNK (Dezoksiribo Nukleinske Kiseline) predstavlja jedno od najvećih otkrića u evolucionoj biologiji, a sama DNK je jedan od najpoznatijih molekula. U grozničavoj trci velikog broja genetičara iz različitih laboratorija saznavani su delovi mozaika o strukuri DNK. Dvojica naučnika, Votson (James Watson, 1928- ) i Krik (Francis Crick, 1916- ) su uspešno sklopili mozaik i 1953. god. predstavili model helikalne dvostruke strukure DNK. Otkriće strukture i funkcije DNK je bilo revolucionarno u razvoju Evolucione biologije i od tada biologija raspolaže velikom količinom podataka koja omogućava poređenje genetičkih kodova različitih taksona, kao i sagledavanje evolucionog drveta života.


Darvinov princip filogenetskog grananja i divergencije vrsta (Darvin, 1948).
Darvinov princip filogenetskog grananja i divergencije vrsta


                     
386px-Haeckel_arbol_bn 



Od sedamdesetih godina do danas došlo je do tektonskih promena u ovoj oblasti. Dva čoveka su najviše zaslužna za to: nemački entomolog Vili Henig (Willi Hennig) (1913-1976) u oblasti metodologije i američki mikrobiolog Karl Vouz (Carl Woese) (1928- ) u oblasti molekularno-genetskih razlika između organizama.

 Na slici je poznato drvo života koje je uradio Erns Hekl (Ernst Haeckel 1834 - 1919) nekoliko godina posle objavljivanja knjige „Poreklo vrsta“. Posle Darvina je bilo očigledno da grupisanje živih bića treba da bude urađeno po tome koliko bliskog zajedničkog pretka imaju. To je lakše reći nego uraditi. Problem je u tome što su se tokom evolucije različiti organizmi prilagođavali istim uslovima. Počeli su da liče jedni na druge, iako nisu srodni. Kako su se podele većinom svodile na vidljive fizičke karakteristike, to je neminovno dovodilo do grešaka i do grupisanja organizama po načinu života a ne poreklu.
DAKLE BITNO JE ZAJEDNIČKO POREKLO A NE FIZIČKA SLIČNOST


                                   5378413352_8d663d97c3_o

Filogenetika


Filogenetika (phylos na starogrčkom znači pleme ili rasa) je oblast biologije koja proučava koje vrste imaju zajedničkog pretka i koliko su evoluciono bliske. Kažemo da su dve vrste filogenetski bliže u odnosu na treću, ako i samo ako dele bližeg pretka. Često se kao školski primer uzimaju riba, čovek i delfin. Zbog života u sličnim uslovima, ribe i delfini imaju na prvi pogled više zajedničkih fizičkih karakteristika nego što i jedno od njih ima sa čovekom. Medjutim, delfin i čovek su filogenetski bliži u odnosu na ribu, jer imaju bližeg zajedničkog pretka, a to su prvobitni sisari. Osobine koje su nasleđene od zajedničkog pretka nazivamo homolognim osobinama, a osobine koje su nastale prilagođavanjem istim uslovima nazivamo analognim osobinama. Posao taksonoma je da čitajući neprekidnu evolucijsku dramu dešifruje koje osobine su homologne, a koje analogne.

Postoje neke osobine koje se tokom evolucije lako menjaju, kao što su recimo veličina zuba, dužina udova ili veličina tela. Sa druge strane, postoje osobine koje se teško menjaju i za koje sa velikom sigurnošću možemo da kažemo da nisu nastale nezavisno dva puta tokom evolucije. To je, na primer, slučaj sa perjem kod ptica. Niko sa apsolutnom sigurnošću ne može reći da je perje nastalo samo jednom. Međutim, uzimajući uzimajući u obzir koliko je to kompleksna promena i koliko je mnogo vremena trebalo da se perje izgradi, smatra se da se perje pojavilo samo jedanput tokom evolucije. S toga možemo reći da je perje homologna osobina svih ptica. Važno je napomenuti da kao što se tokom evolucije neke jednostavne strukture mogu lako stvoriti, isto tako lako se mogu i izgubiti funkcije celih struktura. Geni funkcionišu u hijerarhijama. Ceo konzorcijum gena je potreban da se proizvede oko kičmenjaka ili krilo ptice, ali će oni biti kontrolisani sa nekoliko „master“ (glavnih) gena. Mutacija jednog „master“ gena može teorijski da suzbije ceo genetski kompleks za čije stvaranje je bilo potrebno milione godina. Ima razloga zašto prirodna selekcija neki put favorizuje uprošćavanje, odnosno gubitak funkcija organa. Uzmimo za primer ptice i sposobnost letenja. Let ptici omogućuje opstanak, ali na malim ostrvima gde nema većih predatora i gde zbog vetra može lako da bude oduvana ka moru, let više stvara probleme nego što ih rešava. Otuda ne čudi što u takvim uslovima često nailazimo na ptice koje su izgubile moć letenja. Slično je i sa kičmenjacima koji žive u mračnim pećinama. U takvim situacijama oko nema funkciju i može lako da bude oštećeno i inficirano. Pošto oči gube funkciju, one vremenom zakržljavaju.

Evoluciju sagledavamo kao neprekidan proces usložnjavanja i uprošćavanja, radi bolje adaptacije organizama postojećim uslovima. Valja primetiti kako smo neoprezno podučavani da je evolucija proces razvoja organizama od primitivnih ka složenijim, gde je čovek takoreći kulminacija. Takvo antropocentrično stanovište je pogrešno i štetno. Kao što ćemo kasnije videti, ceo životinjski svet čini mali deo današnjeg biodiverziteta i čovek je samo kap u moru različitih živih bića. Još jednom napominjemo da evoluciju ne čini samo proces usložnjavanja, već i proces uprošćavanja, čiji je značaj po našem mišljenju dosta potcenjen!

                          
Vili Henig i kladistika

On svakako nije bio prvi koji je insistirao da se organizmi grupišu filogenetski, ali je zato bio prvi koji je zacrtao jasna pravila koja će to garantovati prilikom klasifikovanja. Ta metoda je danas poznata pod imenom kladistika (clados na starogrčkom znači grana). Henig je shvatio da je homologija potreban, ali ne i dovoljan kriterijum za klasifikaciju. Kao što smo ranije rekli, homologne osobine su osobine nasleđene od zajedničkog pretka. Henig je shvatio da je za klasifikaciju bitno da li je osobina nasleđena od bližeg pretka ili daljeg pretka. Uveo je nove pojmove i razvio novu metodologiju. Suština je u tome da se organizmi grupišu u kladove, a ne rodove, familije ili klase kako je to do sada bilo uobičajeno. Organizmi koji pripadaju jednom kladu imaju zajedničkog pretka. Kako se taj zajednički predak na različite načine i pod različitim okolnostima menjao tokom vremena, mi u sledećem koraku evolucije imamo potomke koji se razlikuju među sobom. Tako, svaki klad u teoriji može da se dalje grana na nove gladove.

Kao rezultat ovog načina klasifikacije, kladističari su odbacili Lineovu hijarhiju i filogenetski bliske organizme grupišu samo u kladove. Mi teorijski ne možemo da im zamerimo, ali problemi koji nastaju su više praktične prirode. Kako kladističari nazivaju dinosauruse? Ne-ptice dinosaurusi (engleski - „non-avian dinosaurs“). Zašto? Kao što je poznato, ptice su jedini potomci dinosaurusa koji su preživeli do danas. Imamo klad koji se grana na više kladova, od kojih je samo jedan klad (ptice) danas prisutan. Kladistički gledano, kad govorimo o izumrlim dinosaurusima mi u stvari govorimo o onim dinosaurusima koji nisu ptice. Ovaj kladistički naziv za dinosauruse je u stvari evoluciono tačan, ali ne mnogo komunikativan. Evo još jednog primera. Šta mislite kako kladističari nazivaju gmizavce? Ni-ptice ni-sisari gmizavci (engleski – „non-avian, non-mammalian reptiles“), jer i sisari i ptice i gmizavci filogenetski pripadaju kladističkoj grani Reptilia. Apsolutno tačan naziv, ali u komunikaciji teško upotrebljiv!

Ovde bismo ukazali na još tri nova pojma koji će nam kasnije pomoći pri razumevanju nove podele živog sveta. Grupa organizama koja sadrži svog zajedničkog pretka i sve svoje potomke se naziva monofiletična grupa. Ako bi smo iz monofiletične grupe izbacili nekoliko članova onda bi grupa postala parafiletična. Primer parafiletične grupe je tradicionalna klasa Reptilia, jer sadrži pretka gmizavca i sve njegove potomke, osim one koji su se razvili u ptice i sisare. Grupa koja sadrži organizme različitih predaka se zove polifiletična grupa. Ono što se tradicionalno podrazumevalo pod pojmom gljiva, tj skup organizama koje je Vitaker stavio u carstvo Fungi, je primer polifiletične grupe. 

Kao što smo videli, dosadašnja podela živog sveta, koristeći Lineovu hijerarhiju, u nekim svojim delovima ne odgovara evoluciji. Sa druge strane, potpuni prelaz na kladistiku otežava komunikaciju. Po našem mišljenju, rešenje je kao što Kolin Tudž predlaže u jednom vidu neolineizma, gde bi se zadržala osnova Lineove hijerarhije (klasa, red, familija, rod itd) pri čemu je poželjno da grupe budu monofiletične, a nepoželjno da budu polifiletične.              

  CarlWoese

Karl Vouz i domeni

I dok su se Henigove ideje, uz velika početna protivljenja, postepeno probijale u naučnim krugovima, došlo je do velikog tehnološkog napredka u proučavanju molekula. Karl Vouz je bio taj koji je upotrebom novih tehnologija uspeo da uoči nove odnose među živim bićima. Posle više godina proučavanja genetskog materijala prokariotskih bakterija, on je ustanovio da među njima postoje toliko velike razlike da je nemoguće da budu grupisane zajedno i predložio podelu živih organizama na tri domena – Bacteria (Bakterija), Archaea (Arhea) i Eucarya (Eukarija) – i ta podela je danas opšte prihvaćena.              

  haeckel_treetop


Šta se desilo sa pet carstava? Ako razmišljamo kladistički o osnovnoj podeli živog sveta, najpre treba da nađemo zajedničkog pretka svih živih bića. Šta je to što svi imamo zajedničko sa našim pra-pretkom? Odgovor ćemo potražiti u genima, jer se o filogenetskoj bliskosti može govoriti kao o stepenu sličnosti između gena jedne i gena druge vrste. Koji su to geni koji su prisutni u svim živim bićima, dovoljno veliki, a opet dovoljno dobro očuvani, koji bi nam bili dobar pokazatelj? Pod hipotezom da takvi geni postoje, Vouz je krajem šezdesetih godina prošlog veka pretpostavio da su to SSU rRNK (eng. SSU rRNA je skraćenica za small subunit ribosomal RNA) koji čine centralni deo ribozoma, koji je ogromna i kompleksna struktura. SSU rRNK je jedan od retkih svuda prisutnih skupova gena koji su se u to vreme mogli izolovati. Imajući u vidu da se genetska analiza krajem šezdesetih nije mogla tako lako uraditi kao danas, Vouzu je trebalo nekoliko mukotrpnih godina da izvrši eksperimente na različitim prokariotskim i eukariotskim mikroorganizmima. U to vreme se smatralo da je osnovna podela živih bića na prokariotska i eukariotska. Vouzovi rezultati, međutim, su pokazali da postoje tri očigledno veoma različite grupe. Dve grupe čine prokariotski organizmi (Archae i Bacteria) a jednu grupu eukarioti (Eucarya). Od tada je tehnologija mnogo napredovala, pa je dosta istraživača pokušalo da nađe bolje, reprezentativnije skupove gena za klasifikaciju, ali im to nije pošlo za rukom. Danas se i dalje se smatra da su SSU rRNK najpouzdaniji pokazatelj za određivanje osnovne filogenetske bliskosti.
             

                         adj

                                                            
                                                             IZ ARHIVE

Нема коментара:

Постави коментар