Megaevoliucija: reikšmė, pavyzdžiai ir pagrindiniai evoliucijos perėjimai

Megaevoliucija: sužinokite pagrindinius evoliucijos perėjimus, didžiausias radiacijas ir pavyzdžius — nuo molekulių ir ląstelių iki žinduolių ir žmogaus visuomenės.

Megaevoliucija - tai terminas, apibūdinantis dramatiškiausius evoliucijos įvykius. Tai nereiškia kitos fiziškai skirtingos evoliucijos rūšies; veikiau – tokius evoliucijos procesus, kurie sukelia milžiniškus ir ilgalaikius pokyčius gyvybės organizacijos lygiu. Nesiūloma teigti, kad visi tokie procesai vyksta pagal visiškai kitokias taisykles, tačiau jie dažnai reiškia naujų informacijos kaupimo ir perdavimo mechanizmų, naujų organizacijos lygių ar visiškai naujų ekologinių vaidmenų atsiradimą. Kadangi žodis "makroevoliucija" gali būti taikomas palyginti nedideliems pokyčiams rūšių ir genčių lygmeniu, žodis "megaevoliucija" dažnai vartojamas kalbant apie tikrai didžiulius, kertinius pokyčius, kurie keičia gyvenimo žaidimo taisykles.

Yra daug aiškių makroevoliucijos pavyzdžių per geologinį laiką: paukščių adaptyvioji radiacija apatinėje kreidoje, teleostų radiacija kreidoje, žydinčių augalų radiacija viršutinėje kreidoje, žinduolių radiacija eocene ar kandžių radiacija kreidoje. Šie įvykiai rodo greitą rūšių diversifikaciją ir ekologinių vaidmenų užėmimą. Tačiau gyvybės istorijoje yra ir dar svarbesnių, fundamentalesnių perėjimų – tokių, kurie sukūrė naujus organizacijos lygmenis arba naujus būdus saugoti ir perduoti biologinę informaciją. Įdomų ir influentišką tokių įvykių sąrašą parengė Mejnardas Smitas (Maynard Smith) ir Šatmajeris (Szathmáry), kuriuos jie pavadino pagrindiniais evoliucijos perėjimais. Šį sąrašą jie sudarė du kartus ir jis tapo svarbiu karkasu diskusijoms apie evoliucijos didžiuosius žingsnius.

Pagrindiniai evoliucijos perėjimai (1999 m. sąrašas)

• 1999 m. sąrašas

1. Replikuojančios molekulės: molekulių populiacijų pokyčiai protoląstelėse

Šis perėjimas apima gyvybės kilmės pradžią – kai paprastos molekulės įgijo gebėjimą save replikuoti ir tapo evoliucionuojančiomis sistema­mis. Tokia evoliucija leido atsirasti informacijos kaupimui ir natūraliai atrankai dar prieš pirmųjų ląstelių susidarymą. Hipotezės, pvz., RNR pasaulio idėja, siūlo, kad informacija ir katalizė galėjo būti vienoje molekulėje, tačiau daug detalių lieka neaiškios. Metodai, kuriais remiamasi šio perėjimo tyrime, – cheminės rekonstrukcijos, laboratorinės abiogenezės eksperimentai ir molekulinė filogenija.

2. Nepriklausomi replikatoriai, iš kurių susidaro chromosomos

Čia kalbama apie pereinamąjį momentą nuo daug atskirų replikuojančių elementų (pvz., atskirų genų ar ribonukleotidų grandinių) prie sistemų, kur informacija susijungiama į didesnius vienetus – chromosomas. Tokiu būdu evoliucijos objektas įgauna stabilumo, o genų tarpusavio priklausomybė (linkage) leidžia formuotis kompleksinėms geno sistemoms. Tai taip pat susiję su mechanizmais, mažinančiais konfliktus tarp replikatorių ir skatinančiais kooperaciją.

3. RNR kaip genų ir fermentų pokytis į DNR genus ir baltyminius fermentus

Tai konkretesnė hipotezė apie informacijos saugojimo ir katalizės pasiskirstymą: RNR pasaulis, kuriame RNR atliko tiek informacijos, tiek katalizės funkcijas, palaipsniui evoliucionavo į sistemą, kur genų pagrindą sudaro DNR, o daug katalizės funkcijų perėmė baltymai (fermentai). Šis perėjimas leidžia ištvermę genetinės informacijos saugojimui (DNR yra stabilresnė) ir didesnį katalitinių funkcijų efektyvumą (baltymai yra įvairiapusiškesni katalizatoriai).

4. Bakterinės ląstelės (prokariotai) pereina į ląsteles su branduoliais ir organelėmis (eukariotai)

Šis perėjimas, dažnai susijęs su endosimbiozės teorija, reiškia prokariotų („bakterijų tipo“) ląstelių sujungimą ir integraciją į sudėtingesnes eukariotines ląsteles, turinčias branduolį ir membranines organeles. Tai apima tokius įvykius kaip mitochondrijų ir kloroplastų kilmė. Tokie įvykiai radikaliai pakeitė energijos valdymą, ląstelių dydį ir genomų organizaciją. Kadangi tai tikriausiai prasidėjo nuo simbiozinių sąlygų, tradicinė vien tik atrankine mechanika grįsta evoliucijos teorija turi papildyti paaiškinimus dėl ilgalaikės kooperacijos ir konflikto sprendimo.

5. Aseksualūs klonai, iš kurių susiformoja lytinės populiacijos

Perėjimas nuo aseksualaus dauginimosi prie lytinio dauginimosi reiškia esminį pokytį informacijos maišymo mechanizme. Lytinis dauginimasis suteikia didesnį genetinį įvairumą per rekombinaciją, keičia evoliucinius dinamizmus (pvz., parazitų ir šeimininkų evoliuciją) ir lemia naujų strategijų atsiradimą (pvz., seksualinio pasirinkimo mechanizmai). Tai taip pat susiję su sąnaudomis ir privalumais, kuriuos lytinė reprodukcija suteikia ilgalaikei populiacijų sveikatai.

6. Vienaląsčiai organizmai, iš kurių išauga grybai, augalai ir gyvūnai.

Tai yra pereinamasis žingsnis į daugiabučiškumą: vienaląsčių organizmų kooperacija ir diferenciacija leidžia susidaryti daugialąstėms formoms, turinčioms audinius, organus ir specializuotas funkcijas. Šis procesas reikalauja genetinių mechanizmų, leidžiančių ląstelių tarpusavio signalizacijai, diferenciacijai ir kontroliuotai mirtčiai (pvz., programuotai ląstelių mirčiai). Daugiamečių organizmų kilmė – vienas didžiausių evoliucinių laimėjimų, nes jis atvėrė kelią kompleksinei anatomijai ir elgsenai.

7. Pavieniai individai, iš kurių susidaro kolonijos su nesidauginančiomis kastomis (termitai, skruzdės ir bitės).

Tokia socialinė integracija reiškia naują organizacijos lygį – koloniją ar superorganizmą – kuriame individų tarpusavio santykiai ir specializacija (pvz., darbininkai ir reproduktoriai) leidžia kolonijai veikti kaip viena integruota sistema. Šis perėjimas apima konfliktų valdymą tarp individų ir mechanizmų, kurie skatina aukos elgseną ar altruizmą (pvz., giminystės pasirinkimas, grupinis atrankumas). Socialinės vabzdžių evoliucija yra vienas ryškiausių šio perėjimo pavyzdžių.

8. Primatų visuomenės, iš kurių susiformavo žmonių visuomenės, turinčios kalbą

Šis perėjimas apima kognityvinius ir socialinius pokyčius, leidžiančius sudaryti sudėtingas kultūras, simbolinę komunikaciją ir perdavimą per daugelį kartų. Kalbos ir simbolių panaudojimas leido žmonėms kaupti ir perduoti abstrakčią informaciją nepriklausomai nuo genetinio perdavimo, todėl atsirado kultūrinė evoliucija, veikianti greičiau ir kitu būdu nei biologinė evoliucija. Tai taip pat susiję su kolektyvinio veikimo gebėjimu, technologijų kūrimu ir socialinių institucijų formavimu.

Įrodymai, mechanizmai ir diskusijos

Kai kurie iš pirmųjų šešių perėjimų įvyko prieš pradedant kaupti fosilijų įrašus arba labai anksti geologinėje istorijoje (dažnai prieš fanerozojaus eoną), todėl mūsų žinios apie juos yra daugiausia iš molekulinių spėjimų, biocheminių modelių ir palyginamosios biologijos. Septintasis ir aštuntasis perėjimai yra fiziškai naujesni ir geriau dokumentuoti per fosilijų, elgsenos ir genetikos duomenis, nors ir jie lieka aktyvios mokslinės diskusijos objektu.

Dažni mechanizmai, susiję su pagrindiniais perėjimais:

• Informacijos transformacija: pereinama prie naujų genų saugojimo formų (pvz., RNR → DNR) arba prie naujų informacijos perdavimo būdų (pvz., genų → kultūra).
• Lygių pakeitimas: evoliucinė „vienetas“ keičiasi (nuo genų prie ląstelių, nuo individų prie kolonijų, nuo genų prie kultūros).
• Konflikto sprendimas ir kooperacija: reikia mechanizmų, kurie mažintų savanaudišką elgseną ir skatintų ilgalaikę kooperaciją (giminystės ryšys, apdovanojimai, socialinės normos, genetinis susietumas).
• Nauji energetiniai ar morfologiniai sprendimai: pavyzdžiui, endosimbiozė leido eukariotams naudoti efektyvesnius energijos gamybos mechanizmus.

Reikšmė ir praktinis poveikis

Tyrinėjant megaevoliuciją ir pagrindinius perėjimus, mokslininkai geriau supranta, kaip atsiranda biologinė kompleksija, kokios sąlygos ją skatina ir kokius evoliucinius konfliktus reikia išspręsti. Tai turi įtakos ne tik evoliucinės teorijos plėtrai, bet ir biotechnologijai, dirbtinio gyvenimo tyrimams, ekologijai bei žmogaus socialinių elgsenų supratimui.

Žinutė: megaevoliucija nėra atskira „mistinė“ evoliucijos forma – tai tie evoliucijos įvykiai, kurie pakeitė gyvybės struktūrą ir dinamiką taip, kad pokyčiai tapo ilgalaikiai ir kertiniai. Studijuojant juos naudojami įvairūs įrankiai: fosilijų duomenys, molekulinė filogenija, eksperimentinė evoliucija, kompiuterinė modeliavimas ir palyginamoji ekologija.

Kai kurios iš šių temų jau buvo aptartos anksčiau, tačiau dėl jų svarbos jos nuolat grąžinamos į mokslinį diskursą, papildomos naujais duomenimis ir teoriniais modeliais.

Pavyzdys

Kambro sprogimas arba kambro radiacija - tai palyginti greitas daugumos pagrindinių gyvūnų filų atsiradimas maždaug prieš 530 mln. metų (m. m.) iškastiniuose šaltiniuose. Tai klasikinis megaevoliucijos pavyzdys. "Iškastiniai duomenys dokumentuoja du vienas kitą išskiriančius makroevoliucijos režimus, kuriuos skiria pereinamasis Ediakaro periodas".

Atrodo, kad iki maždaug 580 mln. m. dauguma organizmų buvo paprasti. Juos sudarė atskiros ląstelės, retkarčiais susibūrusios į kolonijas. Per kitus 70 ar 80 mln. metų evoliucijos tempas paspartėjo vienu laipsniu. Paprastai evoliucijos tempai matuojami pagal rūšių išnykimo ir atsiradimo greitį, tačiau šiuo atveju galime teigti, kad kambro periodo pabaigoje egzistavo visi arba beveik visi filumai.

Gyvybės įvairovė ėmė panašėti į dabartinę.

Kambro sprogimas sukėlė daug mokslinių diskusijų. Iš pažiūros greitas fosilijų atsiradimas "pirmykščiuose sluoksniuose" buvo pastebėtas dar XIX a. viduryje, o Čarlzas Darvinas tai laikė vienu iš pagrindinių prieštaravimų jo evoliucijos natūralios atrankos būdu teorijai.

Suakmenėjęs trilobitas. Šiame Olenoides serratus egzemplioriuje, paimtame iš Burgeso skalūnų, išliko "minkštosios dalys" - antenos ir kojos.


Dickinsonia , Ediakaro gyvūnas, dygsniuotos išvaizdos.


Opabinia labai prisidėjo prie susidomėjimo kambro sprogimu.


Ediakaro fosilija, susidariusi organizmui įsiskverbus po mikrobiniu kilimu.


Šis Marrella pavyzdys rodo, kokios aiškios ir detalios yra Burgeso skalūnų lagerio fosilijos.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra megaevoliucija?

K: Kokius pagrindinius evoliucijos pokyčius įvardijo Maynardas Smithas ir Szathmáry?

K. Ar tradicinė evoliucijos teorija gali paaiškinti eukariotinių ląstelių kilmę?

Klausimas: Ar visi aštuoni sąraše esantys dalykai atsirado anksčiau nei fosilijos?

K: Ar "megaevoliucija" reiškia tik didžiulius pokyčius?

K: Ar yra makroevoliucijos pavyzdžių?

Paieška pagal raidę