Search Results for: "Evoliucijos mitai"
Kaip daiktai, sukurti vienam tikslui, gali būti naudojami kitam, taip genai, struktūros ir elgesys, išsivystę su vienu tikslu, pritaikomi kitam.
Kilniojo erelio sparnas Australijos muziejuje
Nors straipsnio įžanga ir skamba logiškai, vis tiek išlieka neaiškus atsakymas į klausimą, o kokia nauda iš „pusės sparno“? Tiesa, nereiktų šį klausimą suprasti visiškai pažodžiui – problema ne ta, kad dalis gyvūnų kažkur „pametė“ pusę sparno, tačiau ta, kad ne visų gyvūnų sparnai atlieka jiems įprastą skraidymo funkciją.
Kodėl taip yra? Tai klausimas, kurį abejojantys evoliucija uždavė seniau, nei prieš šimtmetį. Kalbant apie vabzdžius, yrimasis ir čiuožimas gali būti atsakymas. Ankstyvių nimfos turi plasnojančias žiaunas deguonies pasisavinimui iš vandens. Stovėdami ant vandens paviršiaus, pirmykščiai vabzdžiai galėjo naudoti šias žiaunas deguonies paėmimui ir kartu yrimuisi. Kai kurios ankstyvės ir dabar stovi ant vandens paviršiaus ir „iriasi“ vandenyje sparnais.
Bėgant laikui, plasnojimas galėjo pakeisti yrimąsi, kaip pagrindinę postūmio priemonę, leisdamas vabzdžiams slysti vandens paviršiumi: maža trintis reiškė, kad prosparniai neturėjo kurti stiprios oro srovės, kad būtų naudingi čiuožimui.
Prosparniams vis efektyvėjant ir specializuojantis, pirmykščiai vabzdžiai galėjo imtis tolesnių žingsnių skraidymo link. Nors kai kurie čiuožinėjantys vabzdžiai ant vandens laiko visas šešias kojas, greitesnieji laiko tik keturias ar vos dvi. Ši vabzdžių skraidymo evoliuciją aiškinanti slydimo paviršiumi hipotezė parodo, kaip mosuojančios žiaunos pamažu virto sparnais, išlaikydamos naudingumą visose virsmo stadijose.
Galima vabzdžių evoliucija
©homes.bio.psu.edu
Nuo tiranozauro iki žvirblio
O kaip su paukščių sparnais? Kai kurių dinozaurų kūnus dengiantys žvynai evoliucionavo į plaukus primenančias plunksnas tikriausiai tam, kad pagerintų šiltakraujo kūno izoliaciją ar padėtų kiaušinių šildymui.
Tie dinozaurai su plunksnomis ant galūnių galėjo pradėti naudotis plunksnų aerodinamika, tarkim, sklandymui tarp medžių ar greitesniam bėgiojimui žeme. Fosilijos rodo nuoseklų perėjimą nuo pūkinių, plaukus primenančių plunksnų prie standžių skraidymo plunksnų, sudarančių svarbiausią paukščio sparnų dalį.
Kita idėja, įgaunanti vis didesnį populiarumą yra, kad plasnojančios priekinės galūnės padėjo paukščių protėviams įveikti stačias įkalnes ar kopti į medžius – tokia technika daug paukščių naudojasi ir dabar.
Be laiko mašinos sudėtinga įrodyti, kam tiksliai pirmykščiai paukščiai ar vabzdžiai naudojo savo „pusiau sparnus“. Tačiau aišku, kad pusiau sparnas gali būti naudojamas daug kam. Iš tiesų, yra daug fizinių struktūrų ir elgesio pavyzdžių, kai jie, vystydamiesi vienam tikslui, įgavo visai kitą paskirtį. Šis procesas vadinamas eksaptacija.
Panaudoti iš naujo
Evo-devo – evoliucinio vystymosi biologija – netgi pradeda tiksliai identifikuoti mutacijas, nulėmusias tokius pasikeitimus. Tarkime, priekinės šikšnosparnių protėvių galūnės tapo sparnais iš dalies dėl geno BMP2 pokyčio, padariusio jų pirštus daug ilgesnius, nei normalūs.
Tarp ilgų pirštų esanti oda, sudaranti šikšnosparnių sparnus, yra seniai prarasto požymio pasireiškimas: visų keturkojų embrionai turi plėves tarp pirštų, palikimą iš savo protėvių – žuvų. Paprastai plėvė anksti nunyksta pati, bet šikšnosparniams šių ląstelių susinaikinimas yra užblokuotas.
Struktūros paskirties kitimas nebūtinai reiškia pradinės jos paskirties praradimą. Roplių žandikauliai pavirto į žinduolių ausų kaulus, bet išliko ir žandikauliai. Nervinis lankas, leidžiantis atlikti smulkius galūnių judesius, galėjo pasitarnauti ir kalbos išsivystymui.
Iš tiesų, beveik kiekviena sudėtingo organizmo savybė gali būti nagrinėjama, kaip galimybių variacija. Pavyzdžiui, vieno vaisinės muselės geno „išjungimas“ paverčia jų antenas į kojas.
Ant žuvies pečių
Kartais tik vienas savybės aspektas gali būti naudojamas kitu tikslu. Pirmosios kietos mineralizuotos struktūros, išsivysčiusios mūsų protėviams, buvo pirmykščių žuvų konodontų dantys. Kai išsivystė savybė formuoti kietus hidroksiapatitus, jie galėjo būti panaudoti ir kitur kūne, bei tapti visų stuburinių kaulinių skeletų pagrindu.
Kaip rodo šie pavyzdžiai, yra daug būdų, kaip struktūros ir elgesio modeliai, išsivystę su vienu tikslu, gali pasitarnauti naujoms struktūroms ir gebėjimams. Vien dėl to, kad nėra akivaizdu, kaip išsivystė kažkas tokio sudėtingo, kaip bakterijų žiuželiai (žr. Bakterijų žiuželiai yra labai sudėtingi ir negali būti paprastesni), neįrodo, kad jie neišsivystė.
Esame nuolat bombarduojami sveikatos patarimais, tačiau ne visi jie paremti tvirtais moksliniais duomenimis. New Scientist išsklaido šešis paplitusius mitus.
Šiuo metu, kai rūkymas restoranuose ir baruose yra ribojamas vyriausybės potvarkių, cigarai mums asocijuojasi su dūmais kvepiančiais “cigarų namais”, taure gero viskio ar konjako ir kitais neatskiriamais rūkymo aksesuarais. Visgi cigarai per savo ilgą gyvavimo amžių, apaugo nemažu kiekiu įvairių legendų, kurias kai kurie nepatyrę rūkoriai priima kaip „gero tono taisykles“. Kažkuriuos mitus šiandiena pasistengsime paneigti.
Mūsų planetoje gyvena maždaug 5 tūkst. tarakonų rūšių. Paradoksalu: apie juos dainuojamos linksmos dainelės (Ispanijoje ir visame pasaulyje – šlageris „La Cucaracha“, Lietuvoje – kultinių BIX‘ų kūrinys „Vagis“, kur lyrinį herojų nepaliaujamai skriaudžiančiam kažkokiam šunsnukiui pranašaujama liūdna ateitis – „ …kitam gyvenime tarakonu jis atgims…“) ar net kuriami animaciniai serialai („Ogis ir tarakonai“). Nepaisant to, žmonėms jie yra vieni nemaloniausių sutvėrimų. Tarakonai yra vieni seniausiai planetoje egzistuojančių gyvių, bėginėti sausuma pradėję prieš 300 mln. metų. Kuo gi šie sutvėrimai pelnė tokias evoliucijos simpatijas, jog Žemėje sėkmingai gyvuoja ir šiandien?
Tarakonai – vieni didžiausių evoliucijos numylėtinių
©biodiversityexplorer.org
Nepaisant populiarių mitų apie šių sutvėrimų gyvybingumą, tarakonai nėra nei ypatingai gajūs, nei atsparūs radiacijai (pramanu galima laikyti įsitikinimą, jog tarakonai laisvai išgyventų branduolinę apokalipsę). Gajumo prasme šie nariuotakojai vabzdžių pasaulyje tėra vidutiniokai. Tačiau tarakonai išties yra kai kuo ypatingi.
Unikali tarakonų kolekcija demonstruojama Australijos muziejuje (Sidnėjus, Australija). Ten galima išvysti įvairiausių egzempliorių: didžiulių, mažyčių, žalių, dryžuotų, sparnuotų ir besparnių. Beje, skraidyti sugeba apie 40 proc. tarakonų rūšių. Tiesa, daugelis jų yra gana kerėpliški ir nerangūs skrajūnai, oru nukeliaujantys nedidelius nuotolius.
Grįžtant prie tarakonų santykio su radiacija, yra žinoma, jog 64 grėjų radiacijos dozė išnaikina maždaug 93 proc. rudųjų arba vokiškųjų tarakonų („German cockroach“) jauniklių. Žinoma, tokia dozė – dešimtkart didesnė, nei pakeltų žmogus, tačiau tarakonui pagal atsparumą radiacijai iki kuklios vaisinės muselės – toli kaip iki Mėnulio. Drozofila atlaiko 640 grėjų radiacijos dozę, o parazitinei vapsvai „Habrobracon“ pribaigti reikėtų 1800 grėjų radiacijos kiekio.
„Virtuvių okupantai“. Viso pasaulio virtuves užkariavę rudieji (vokiškieji) tarakonai (Blattella germanica) puotauja misdami maisto išėdomis. Manoma, kad šie tarakonai tarpusavyje bendrauja išskirdami cheminę medžiagą ir taip įspėdami savo sėbrus apie surastą kokybiško maisto šaltinį
©Lmbuga/CC-BY-SA-3.0
Tarakonai pasaulyje klestėjo dar iki virtuvių užkariavimo eros. Kaip byloja iškasenos, tarakonai priklauso tik saujelei išlikusių vabzdžių rūšių, kurios gyvavo dar prieš 300 mln. metų. Šie sutvėrimai suklestėjo karbono periodu, kuomet apie 40 proc. visų vabzdžių buvo tarakonų padermės – kai kurie paleontologai tą laikmetį drąsiai vadina „Tarakonų Era“. Nepaisant to, jog tarakonai evoliucionavo į vabalus, negailestingoji evoliucija šiems gyviams akivaizdžiai simpatizavo ir tarakonai yra vieni evoliucijos favoritų. Kitaip vargu ar jie būtų išlikę iki šių dienų.
Archajiškieji „tarakonoidai“ nuo šiuolaikinių ainių skyrėsi nedaug. Senovės tarakonų patelės kiaušinėlių dėjimui turėjo ilgą kiaušdėtį – šis organas nunyko prieš maždaug 140 mln. metų. Visais kitais fiziologiniais aspektais šių nariuotakojų protėviai labai panašūs į nekviestuosius Homo sapiens virtuvių svečius.
Šiuo metu mūsų planetoje priskaičiuojami beveik 5 tūkst. tarakonų rūšių. Šie vabzdžiai gyvena visuose žemynuose, išskyrus Antarktidą. Tarakonai dažniausiai gyvena olose, urvuose, miškingose vietovėse ir drėgnuose atogrąžų sąžalynuose. Kartu su žmonėmis gyventi prisitaikė vos keletas tarakonų rūšių. O nešlovę ir blogą vardą žmonijos akyse visai plačiai ir ilgaamžei tarakonų giminei užtraukė po visą pasaulį pasklidusios būtent šios kelios su žmogumi susidėti nusprendusios tarakonų rūšys.
“Greičiausias tarakonas“. Amerikinis tarakonas (Periplaneta americana) yra vienas greičiausiai judančių Žemės vabzdžių. Mitrūs šios rūšies tarakonų judesiai inžinierius įkvėpė sukurti šešiakoję robotizuotą sistemą
©Robert Harding/Getty
„Parazitai man atrodo atstumiantys, – prisipažįsta Sidnėjaus universiteto entomologas Natanas Lo (Nathan Lo). – Tačiau ne visi tarakonai yra šlykštūs. Anaiptol. Kai kurių rūšių tarakonai yra tiesiog žavūs.“ Nejaugi?
Didžiausią žalą tarakonų reputacijai yra padariusios dvi rūšys – didysis amerikinis tarakonas („American cockroach“) ir kiek mažėlesnis jo gentainis rudasis (vokiškasis) tarakonas. Nors jų pavadinimų su kilme sieti nereikėtų (kadangi šių rūšių kilmės vieta ir paplitimo po visą pasaulį laikmetis nėra nustatytas), virtuves dažniausiai okupuoja rudieji.
Ir vis tik, kodėl šie gyviai yra vieni sėkmingiausių evoliucijos sutvėrimų? Australijos muziejaus entomologas Martinas Robinsonas (Martyn Robinson) yra linkęs manyti, jog taip yra galbūt dėl to, jog tarakonai beveik neturi bruožų, kurie būtų būdingi tik tarakonams.
„Tarakonai tapo tikrais nesispecializavimo specialistais, – pasakoja M. Robinsonas. – Be to, didžioji dalis tarakonų nėra išrankūs maistui.“
„Be kita ko, tarakonai yra kvalifikuoti kanibalai, – priduria N. Lo. – Jie šlamščia viską, taip pat ir vieni kitus.“
„Šnypščiantis tarakonas“. Šnypščiantis Madagaskaro tarakonas (Gromphadorhina oblongonata) trukdomas ne itin apsidžiaugia: dėl savo saugumo sunerimęs toks vabzdys pro pilvo srityje esančias kvėpavimo angas ima pūsti orą – tokio mažo sutvėrimo šnypštimas būna toks garsus, jog jį galima išgirsti už keturių metrų
©Joel Sartore/NGS/Getty
Pasibaisėtina, tačiau retkarčiais jie užkandžiauja net ir… mumis. Neretai tarakonų knibždančiose patalpose ar laivuose miegantys žmonės šių vabzdžių būna sukandžiojami. Panašu, jog tokiems nariuotakojams išperoms nemenkas delikatesas yra odos nuospaudos ir nagai – galbūt dėl to, jog šių galima atsignybti neprižadinus aukos. Kalbama, jog kai kuriuose laivuose jūrininkai, siekdami apsaugoti nagus, miegoti eina mūvėdami pirštines.
Tačiau tarakonai yra ypatingi ne vien polinkiu nesispecializuoti. Didžioji dalis jų pilvo ertmės būna užpildyta balta mase – riebalais, kuriuos sudaro dviejų tipų ląstelės – riebalingi adipocitai („adipocytes“) ir bakterijų kupini micetocitai („mycetocytes“).
Pasirodo, maždaug penktadalis visų vabzdžių kūnų yra simbiotinės bakterijų prieglaudos, o tarakoniškųjų micetocitų turi ir kai kurios kitos vabzdžių rūšys. Tačiau simbiotinis ryšys tarp tarakonų ir jų riebaliniame audinyje gyvuojančių „Blattabacterium“ bakterijų yra ypatingai artimas. Išnaikinkite šias bakterijas antibiotikais, ir tarakonas mirs. Ir atvirkščiai – užmušus tarakoną, sunyks ir jo organizme gyvavusios „Blattabacterium“ bakterijų kolonijos.
„Tarakonas – sunkiasvoris“. Gigantiškam urviniam tarakonui (Macropanesthia rhinoceros) priklauso net keli rekordai. Jis gali sverti 33,5 gramus ir yra sunkiausias pasaulyje tarakonas. Jo kūno ilgis gali siekti 8 cm, tad šios rūšies egzemplioriai yra vieni didžiausių savo padermės ūsočių. Maža to, ir išgyvena šie milžinai neretai net iki dešimties metų – urviniai tarakonai pasaulyje yra vieni iš ilgiausiai gyvenančių vabzdžių
©Cameron Richardson/Newspix/Rex Features
Jei kai kurie vabzdžiai simbiotinių bakterijų įgyja iš aplinkos, kiekvienas išperintas tarakonas savo organizme jau turi „Blattabacterium“. Bręstant kiaušinėliams, bakterijos kažkokiu būdu persikelia iš tarakonų patelių riebalinio audinio į kiaušides, kur įsikuria kiekviename kiaušinėlyje.
Gana neseniai Arizonos universiteto mokslininkas Zaky Sebry (Zakee Sabree) atliko amerikinių ir rudųjų tarakonų bakterijų genomų lyginamąją analizę ir atskleidė, jog šios dvi bakterijų atmainos evoliuciškai atsiskyrė prieš maždaug 140 mln. metų – kaip tik tuomet genetiškai atsišakojo ir šios dvi tarakonų linijos (ką liudija iškasenų tyrimai). Po šio atsišakojimo bakterinės kolonijos evoliucionavo labai nežymiai ir didesnių pokyčių per tiek milijonų metų neįgijo.
N. Lo įsitikinimu, simbiotinis ryšys tarp tarakonų ir „Blattabacterium“ bakterijų buvo toks sėkmingas dėl to, jog bakterijoms keistis per tiek metų nebebuvo jokio poreikio. „Tarakonai ėmė dominuoti pasaulyje vos susiformavus tokiam simbiotiniam ryšiui“, – pabrėžia N. Lo.
„Sparnuotieji tarakonai“. Nors visiškai išsivysčiusius sparnus turi nemaža dalis tarakonų rūšių, skraidyti geba tik keleto iš jų atstovai. Ilgasparnis tarakonas (Megaloblatta blaberoides) skraidymo problemų neturi – tarakonų pasaulyje jis turi ilgiausius sparnus, kurių bendras ilgis kartais siekia 18,5 cm
©George Beccaloni/SPL
„Blattabacterium“ ir yra tas retas, išskirtinis, visus tarakonus vienijantis bruožas. Kai šių bakterijų buvo aptikta Australijoje gyvenančių Didžiųjų šiaurės termitų „Mastotermes darwiniensis“ (taip pat vadinamų Darvino termitais) organizmuose, mokslininkams pasidarė smalsu, ar tie termitai kaip nors susiję su tarakonais. Po N. Lo 2000-aisiais atlikto tyrimo paaiškėjo, jog šie termitai – mediena mintančių tarakonų palikuonys.
„Tada tai skambėjo kiek keistai, tačiau dabar neabejodami galime teigti, kad šie termitai yra tarakonų atmaina“ – tvirtina tyrimo autorius N. Lo.
Ir kuo gi tos „Blattabacterium“ ypatingos? Dauguma vabzdžių organizmuose gyvuojančių simbiotinių bakterijų savo globėjus aprūpina maistingomis medžiagomis, kurių vabzdžiai neranda aplinkoje arba negali pasigaminti patys. Tačiau tarakonų atveju „Blattabacterium“ paskirtis yra kiek kitokia.
„Valyvasis kaimynas“. Tarakonas „Conservation International Blattodean“ (Simandoa conserfariam) gyvena urvuose, tačiau yra toli gražu ne parazituojantis. Atvirkščiai – šie vabzdžiai gerina tuose pačiuose urvuose tūnančių vaisinių šikšnosparnių gyvenimo sąlygas, misdami jų išmatomis. Šią rūšį pavyko aptikti tik 2002 m.
©Piotr Naskrecki/Conservation International
Esminis baltymus sudarančių aminorūgščių komponentas yra azotas. Jo perteklių gyvūnai paprastai pašalina amoniako, šlapalo (karbamido) arba šlapimo rūgšties pavidalu. Visiškai kitokie dalykai vyksta tarakonų organizmuose. Kai šiuose susikaupia azoto perteklius, šis kaupiamas ir sandėliuojamas riebalinio audinio ląstelėse, šlapimo rūgšties kristalų pavidalu. „Net ir tuomet, kai jų maisto racione yra labai daug azoto, tarakonai šios cheminės medžiagos iš savo organizmų nešalina“, – pažymi entomologas N. Lo.
Ilgai buvo manoma, jog susidoroti su azoto pertekliumi tarakono organizmui padeda būtent „Blattabacterium“. Tačiau įrodyti tokios prielaidos nepavyko niekam, kadangi šios bakterijos niekur kitur, išskyrus tarakonų ląsteles, neauga. Išsiaiškinti tikrąją bakterijos paskirtį padėjo jos genomo analizė.
Kad ir kaip daug žadančiai tai beskambėtų, atlikti tokią analizę pasirodė gana keblu. Kliūtimi tapo „Blattabacterium“ bakterijos DNR pavyzdžio išgavimas. Paaiškėjo, jog bakterijų turtingos ląstelės yra „suvožtos“ riebalinio audinio ląstelių – nelyginant sumuštinyje. O tai užkerta kelią išskirti bakterines ląsteles. Net ir pavykus gauti tokių ląstelių, būtina atskirti bakterijas nuo ląstelių organoidų. Tad išgauti „Blattabacterium“ bakterijos DNR N. Lo su kolegomis pavyko tik 2008 m.
„Baubai“. Šie bauginančios išvaizdos pabaisos gana taikliai pavadinti kaukolėtaisiais tarakonais (Blaberus craniifer). Šie tarakonai neretai laikomi kaip naminiai gyvūnai. Tiesa, daugelis jo šeimininkų įsigyja „klastotę“ – labai panašiai atrodantį hibridinį kaukolėtąjį tarakoną. Šie artimi „originaliojo“ gentainiai sparčiau veisiasi ir gyvūnėlių parduotuvėse pardavinėjami dar ir kaip maistas driežams ir tarantulams
©Philippe Blanchot/Sunset/Rex Features
Šį mokslininkų kolektyvą aplenkė Z. Sebry vadovaujama tyrėjų grupė, bakterijos genomo analizės rezultatus publikavusi 2009 m. Analizės rezultatai patvirtino, jog bakterija turi enzimų, būtinų šlapalą ir amoniaką paversti į visas dešimt pagrindinių aminorūgščių. Šios bakterijos sintetina ir kai kuriuos vitaminus.
Tad riebalinis audinys tarakonams yra ne tik energijos šaltinis stokojant maisto (be maisto šis vabzdys gali ištverti ilgiau nei mėnesį) – ypatingas tarakonų riebalinis audinys suteikia galimybių šiems nariuotakojams išgyventi mintant itin skurdžiu, baltyminių medžiagų stokojančiu maistu. „Tarakonas savo organizme turi nuosavą „vyriausiąjį virėją“ ir maistinių medžiagų atsargų kaupyklą“, – vaizdžiai bakterijų paskirtį apibūdina Z. Sebry.
„Kailį keičiantys“ tarakonai. Užuot augę, šios rūšies tarakonai periodiškai nusimeta kietus kūno dangalus. „Kailį metantys“ rytietiški tarakonai (Blatta orientalis), išaugę kūno dangalus, juos nusineria, pavirsdami visiškai baltais vabzdžiais (sklando ir legendos apie tarakonus-albinosus). Šioje stadijoje vabzdžiai būna gana pažeidžiami, tačiau jautri balta oda tarakono kūną dengia vos kelias valandas – netrukus vabzdžio kūnas pasidengia nauju kiautu.
©Ildar Sagdejev/CC-BY-SA-3.0
Tarakonų bei bakterijų simbiozė ir yra šių vabzdžių išlikimo paslaptis. Nepaisant ypatingai menkų dietinių apribojimų, žmonių aplinkoje gyventi prisitaikė vos kelios tarakonų rūšys. Nors šiaurinėje Kvinslendo dalyje gyvenantis entomologas Devidas Rencas (David Rentz) netoli savo namų esančiuose atogrąžų sąžalynuose aptiko net 84 tarakonų rūšis, žmonių būstuose gyvena ir veisiasi tik vokiškieji ir amerikietiškieji tarakonai.
Žmonių būstuose gyventi prisitaikiusios tarakonų rūšys yra ne tik visaėdės – jų atstovai geba ilgą laiką ištverti su labai menkais vandens kiekiais. „Kai kurie tarakonai išlenda iš savo slėptuvių tamsoje, kai šviesos išjungtos, – pastebi D. Rencas. – Tačiau paprastai aptinkama dėl dehidravimo (vandens netekimo) nugaišusių tarakonų.“