Vestigialiniai organai (rudimentai): kas tai, pavyzdžiai ir evoliucija
Vestigialiniai organai – tai kūno organai, kurie yra mažesni ir paprastesni už giminingų rūšių organus. Dažnai jie būna praradę arba labai sumažinę savo pirminę funkciją, nors kartais išlikę fragmentiškai arba įgiję naują paskirtį.
Vestigialūs požymiai yra svarbus evoliucijos įrodymas, nes juos lengviausia paaiškinti tik per rūšių kilmę ir protėvių pokyčius. Istorinėje gamtos istorijos literatūroje tai ilgai buvo mįslė: kodėl organizmai turi dalis, kurios neatrodo naudingos? Problema aiškėjo, kai biologai suprato, jog daugelis tokių struktūrų anksčiau funkcionavo protėviuose ir vėliau susilpnėjo, kai pasikeitė gyvenimo būdas ar ekologinės nišos.
Vestigialiniai dariniai pasitaiko tiek gyvūnams, tiek augalams, ypač toms rūšims, kurios žymiai pakeitė savo protėvių gyvenimo būdą. Pavyzdžiui, kai kurios gyvatės neteko kojų, nes jų judėjimo sistema pasikeitė; tačiau kai kurios, pvz., boa, išlaiko liekamąsias galines kojas ir dubenį. Žmogaus pavyzdyje vermiforminis apendiksas. anksčiau buvo didesnis ir galimai dalyvavo maisto (ypač augalinės celiulazės) skaidoje, nes jame gyvendavo mikrobai, padedantys skaidyti augalų ląstelių sieneles. Taip pat lapai yra didžiulė daugelio beždžionių mitybos dalis, tačiau žmonės negali virškinti celiuliozės, todėl tokie lapai žmogaus mityboje neturi tokios reikšmės.
Nenaudojamos struktūros linkusios išnykti arba sumažėti. Pavyzdys – tamsiuose urvuose gyvenančios amfibijos ir žuvys, kurios praranda regėjimą bei kūno pigmentaciją. Kai struktūra nebevaržo selekcijos arba jos palaikymas tampa brangus energetiškai, mutacijų kaupimasis ir atsitiktiniai pokyčiai sukelia šių dalių nykimą. Be to, net ir mažas papildomas rizikos ar ligų (pvz., infekcijos, vėžio) potencialas gali skatinti selekciją šalinti nereikalingas dalis.
Vis dėlto „nenaudojamas“ nebūtinai reiškia visiškai nereikalingas. Žmogaus apendiksas irgi ilgą laiką laikytas visiškai beverčiu, tačiau XXI amžiuje atlikti tyrimai rodo, kad jis gali atlikti imuninę funkciją ir tarnauti kaip saugi vieta naudingai žarnyno mikroflorai. Apendicitas buvo pavojingas iki modernios chirurgijos, todėl anksčiau atrankos spaudimas prieš apendiksą buvo ribotas: dauguma apendicito atvejų pasireikšdavo po didžiausio vaisingumo amžiaus, todėl selekcinis poveikis buvo silpnesnis.
Yra ir aiškių pavyzdžių, kai selekcija tiesiogiai veikia vestigines struktūras. Tyrimai su urvuose gyvenančiomis amfipodų rūšimi Gammarus minus parodė aktyvų selekcijos spaudimą prieš likusią akių dalį. Patinai po poravimosi apie savaitę lieka ant patelių ir jas saugo; tuo tarpu porinių patinų akys buvo mažesnės nei neporinių. Tai rodo, kad mažesnės akys palankios poriniam elgesiui ir tuo pačiu padidina vaisingumą: apskaičiuotas selekcijos gradientas buvo apie -0,30, kas rodo gana stiprią atranką mažinti akių dydį. Tyrėjai spėjo, kad praradus regėjimą, nervų sistemos resursai galėjo būti perorientuoti į kitas jutimo sistemas, pagerinant cheminį ar mechaninį jutimą.p310
Kartais likę organai įgauna naujas funkcijas. Tai vadinama egzaptacija: struktūra, kuri anksčiau turėjo vieną paskirtį, vėliau atlieka kitą. Pavyzdžiui, žinduolių ausų kauliukai kadaise buvo ankstyvųjų pirmuonių (Therapsida) žandikaulio kaulai. Kita žinoma perdirbimo istorija – musių akytės, kurios kilo iš kitų struktūrų ir įgavo naują funkciją.
Tarp kitų dažnai minimų vestigialinių žmogaus dalių yra:
- Uodegikaulis (coccyx) – likutinė uodegos dalis; atlieka tam tikrą atramos funkciją raumenims ir raiščiams, bet yra palikimas po uodegos.
- Protaujantys dantys (wisdom teeth) – kartais nebeišdygsta arba sukelia problemų dėl sumažėjusios žandikaulio erdvės.
- Palmaris longus raumuo – kai kuriems žmonėms jo nėra; praradimas paprastai neturi reikšmingos įtakos.
- Plaukų raumenys ir „antįšūs“ (goosebumps) – gali būti likutis po kilmės, kai plaukai buvo svarbūs izoliacijai arba pavidalo rodymui.
- Trečiojo vokų dangtelio plica semilunaris – likutinis membranos elementas, išlikęs kaip mažas raukšlė akies kampe.
Be anatominių liekanų, evoliucijos „pėdsakai“ pasireiškia ir molekuliniu lygiu: pseudogenai (sugadintos geno kopijos), sumažėjęs tam tikrų fermentų (pvz., gebėjimo sintezuoti vitaminą C) aktyvumas kai kuriose grupėse ar olfaktorinių receptorių genų skaičiaus sumažėjimas primatams yra molekuliniai vestigialiniai pavyzdžiai. Taip pat vystymosi biologija (evo-devo) rodo, kaip pasikeitus genų reguliacijai gali prarasti ištisos struktūros per embriogenezę.
Apibendrinant: vestigialiniai organai ir struktūros yra natūralus evoliucijos rezultatas. Jie paaiškinami mutacijų kaupimu, atpalaiduota (relaxed) selekcija, energetiniais kaštais ir kartais aktyvia selekcija prieš nereikalingas dalis. Taip pat svarbu pripažinti, kad daugelis vestigialinių struktūrų nėra visiškai „nereikalingos“ ir gali turėti smulkias funkcijas arba būti perdirbtos į naujas funkcijas.
Tinklaraštis
Visos funkcijos ir struktūros vystosi ir keičiasi, nes turi įtakos biologiniam organizmo tinkamumui. Dėl jų yra didesnė arba mažesnė tikimybė, kad individai dauginsis ir suteiks genų kitai kartai. Taigi, pavyzdžiui, varlės gebėjimas išgyventi po vietinės nuodingos gyvatės įkandimo didina jos tinkamumą. Tačiau jei ji gyvena vietovėje, kurioje gyvatės nėra, tai sumažina jos tinkamumą. Taip yra todėl, kad ji prisiima sudėtingo mechanizmo "išlaidas", negaudama jokio pranašumo išgyvenimo ir dauginimosi srityje. Tai veikia ir atvirkščiai. Gyvatės, kurios ėda toksišką grobį, turi naudoti būdus, kaip išgyventi grobio toksinus. Gyvatės virškinimas ir medžiagų apykaita sulėtėja, jos lėčiau juda. Žr. šiurkščiavilnę tritonę ir garstyklinę gyvatę.
Viskas kainuoja: arba sunaudojama energija, arba dėl savo struktūros užimama vieta, kuri galėtų būti panaudota kitaip.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra vestiginiai organai?
A: Vestigialiniai organai - tai kūno organai, kurie yra mažesni ir paprastesni už giminingų rūšių organus. Jie yra praradę arba beveik praradę savo pirminę funkciją ir yra evoliucijos įrodymas.
K: Kaip atsiranda vestiginiai organai?
A. Vestigialiniai organai atsiranda gyvūnams (ir augalams), kurie pakeitė savo protėvių gyvenimo būdą. Pavyzdžiui, gyvatės neteko kojų, nes pasikeitė jų judėjimo sistema.
K: Koks yra žmogaus vestiginio organo pavyzdys?
Atsakymas: Žmogaus apendiksas yra žmogaus pirmykščio organo pavyzdys. Jis buvo daug didesnis ir jame buvo laikomi mikrobai, gaminantys celiulazę augalų ląstelių sienelėms skaidyti, tačiau dabar jis nebenaudojamas, nes lapai nebėra pagrindinė žmonių mitybos dalis.
Klausimas: Kodėl nenaudojami organai paprastai išsigimsta?
A: Nenaudojami organai paprastai degeneruoja, nes jų vystymuisi, priežiūrai ir svoriui reikia energijos, tačiau jie neduoda jokios naudos organizmo fizinei būklei, todėl jiems daromas atrankos spaudimas. Be to, nenaudojami organai gali būti labiau linkę sirgti tokiomis ligomis kaip infekcija ar vėžys.
Klausimas: Ar atranka gali paversti vestiginį organą naudingu?
Atsakymas: Taip, kartais atranka gali paversti vestigialinį organą naudingu - šis reiškinys vadinamas eksaptacija. Pavyzdžiui, žinduolių ausų kauliukai, kurie kadaise buvo ankstyvųjų pirmuonių, vadinamų Therapsida, žandikaulio kaulai.
K: Ką mokslininkai pastebėjo apie urvuose gyvenančius amfipodus Gammarus minus?
A: Tyrėjai pastebėjo aktyvią atranką prieš urvuose gyvenančių amfipodų Gammarus minus vestigialines akis poravimosi metu - porinių patinų akių dydis buvo vidutiniškai mažesnis nei neporinių patinų dėl didesnio vaisingumo, susijusio su mažomis akimis, kurios atlaisvina daugiau nervų sistemos išteklių, kad vietoj jų būtų galima apdoroti kitus jutimo signalus.
