Gyvūnams turintiems gerai išvystytą regėjimą ir klausą svarbiausi yra optiniai ir akustiniai signalai. Tačiau daugumai gyvūnų būdingi gerai išvystyti „cheminiai“ pojūčiai.
Kuo aukščiau gyvūno padėtis evoliucinėje hierarchijoje, tuo sudėtingesni jo jutimo organai ir tobulesnis biokomunikacijos aparatas.
Šiame straipsnyje panagrinėsime, kaip evoliucionavo gyvūnų jutimo organai ir kaip jie prisidėjo prie gyvybės formų sudėtingumo.
Daugialąstiškumas: kelias į sudėtingesnius jutimus
Atsiradus akiai pasaulyje padaugėjo konkurencijos, jis tapo brutalesniu. Regėjimas gyvūnams suteikė galimybę tapti aktyviais medžiotojais bei pradėjo evoliucines ginklavimosi varžybas, pakeitusias pasaulį.
Ląstelės savo jėgas jungė jau prieš milijardus metų. Tačiau prieš šimtus milijonų metų eukariotai, sudėtingesnės ląstelės, kurių branduoliai membranos atskirti branduolyje, perkėlė veiksmą į naują lygį.
Jos suformavo nuolatines kolonijas, kuriose tam tikros ląstelės specializavosi atlikti tam tikras funkcijas, pavyzdžiui, mitybos ar ekskrecijos, o visų ląstelių veikla buvo gerai koordinuojama.
Cheminė signalų perdavimo sistema suteikia galimybę justi aplinką. Panaši sistema daugialąsčiuose organizmuose būtina organizmo veiklai koordinuoti.
Viena iš idėjų - kad susibūrimas pavienėms ląstelėms padėdavo išvengti tapimo grobiu, nes vienaląsčiams grobuonims ląstelių kolonijos buvo neįveikiamas grobis.
Dabar mokslininkai bando rekonstruoti pirmųjų daugialąstelinių sutvėrimų biologiją tirdami artimiausių dar egzistuojančių jų giminaičių genomus.
„Bandome žvilgtelėti milijonus metų į praeitį“, - sakė Kalifornijos universiteto (JAV) molekulinės biologijos specialistė Nicole King. Ji su kolegomis tiria vienaląsčius choanoflagelinių genties atstovus stengdamiesi išsiaiškinti, kaip iš jų prieš 600 mln. metų išsivystė gyvūnai.
N.King paaiškino, kad vienaląsčiai gyvūnai ir savo biomase, ir rūšių kiekiu vis dar gerokai lenkia daugialąsčius organizmus. „Todėl galima būtų sakyti, kad vienaląstė gyvybė sėkmingesnė, o daugialąstė - gražesnė ir labiau stulbinanti“, - sakė mokslininkė.
Choanoflageliatai - vienaląsčiai organizmai, padedantys suprasti gyvūnų evoliuciją.
Akis: regėjimo evoliucija
Jos atsirado per evoliucijos akimirksnį ir visiems laikams pakeitė gyvenimo taisykles. Prieš atsirandant akims gyvenimas buvo švelnesnis ir ramesnis, pasaulyje dominavo nerangūs minkštakūniai kirminai, vinguriuojantys jūroje.
Pirmosios akys atsirado maždaug prieš 534 mln. metų - pačioje kambro periodo pradžioje. Pirmieji matantys organizmai buvo Redlichia pavadinta trilobitų grupė.
Trilobitas - vienas iš pirmųjų gyvūnų su akimis.
Juk be abejonės akys yra pernelyg sudėtingos, kad galėtų atsirasti taip staiga, be priežasties. Tam paprieštarautų Lundo universiteto (Švedija) mokslininkas Danas-Ericas Nilssonas, apskaičiavęs, kad sudėtingos akys iš šviesai jautrių ląstelių plotelio gali išsivystyti vos per pusę milijono metų.
Labai tikėtina, kad šviesai jautrios ląstelės buvo įprastas reiškinys ilgą laiką prieš kambro periodą. Tokiomis ląstelėmis „apsiginklavę“ organizmai galėjo justi šviesą ir netgi galėjo nustatyti, iš kurios pusės ji sklinda.
Tokie rudimentiniai jutimo organai vis dar naudojami medūzų, plokščiųjų kirmėlių ir kitų primityvių gyvūnų grupių ir jie be jokios abejonės yra geriau nei visai jokių regos organų.
Tikrai akiai reikia šio to daugiau - lęšio, kuris gali fokusuoti šviesą, būtiną vaizdui gauti. „Staiga gavus lęšį regėjimo efektyvumas padidėja maždaug nuo 1 procento iki 100 procentų“, - sakė Oksfordo universiteto (D.Britanija) zoologas Andrew Parkeris.
Kambro neregių pasaulyje regėjimą galima būtų prilyginti „superjėgai“. Trilobitų akys suteikė jiems galimybę tapti pirmaisiais aktyviais plėšrūnais, galinčiais ieškoti ir medžioti maistą taip, kaip to iki tol niekas nebuvo daręs, ir visai nenuostabu, kad jų grobis taip pat evoliucionavo.
Vos po kelių milijonų metų akys gyvūnijos pasaulyje buvo natūralus reiškinys, o gyvūnai buvo aktyvesni ir apaugę apsauginiais šarvais. Šis evoliucijos spurtas šiais laikas vadinamas kambro sprogimu.
Iš 37 daugialąstelinių gyvūnų tipų tik 6 tipų atstovai gali džiaugtis regėjimu, taigi gali pasirodyti, kad tai visai nėra didis gamtos išradimas. Bet nereikia pamiršti, kad šeši reginčiųjų gyvūnų tipai (chordinių, artropodų, moliuskų ir kt.) yra labiausiai paplitę gyvūnai pasaulyje.
Smegenys: valdymo centras
Jos suteikia žmonėms tokius dalykus, kaip kalba, protas ir sąmonė. Tačiau prieš atsirandant kalbai ir protui smegenų evoliucija reiškė ką kitą: joms atsiradus gyvenimas tapo ne tik vegetavimu.
Smegenys pirmą kartą suteikė organizmams galimybę prie aplinkos pokyčių prisitaikyti greičiau nei per kartomis skaičiuojamą laiko tarpą. Nervų sistema yra dviejų labai svarbių dalykų - judėjimo ir atminties - egzistavimo priežastis.
Paprasčiausias nervų sistemas, panašias į žiedines elektros grandines, turi duobagyviai: medūzos, jūros ežiai ir anemonės. Gal jie ir nėra be galo sumanūs, tačiau jie vis tiek gali rasti jiems reikiamus dalykus ir su pasauliu sąveikauti kur kas įmantriau nei augalai.
Kitas evoliucijos žingsnis, tikriausiai vykęs plokščiuosiuose kambro kirminuose, buvo šiokios tokios kontrolės sistemos atsiradimas - taip atsirado tikslingi judesiai.
Apsiginklavus tokiomis smegenimis ankstyviesiems vandens gyvūnams pagrindinis uždavinys buvo rasti maisto. Organizmams reikia atskirti valgomą maistą nuo nuodingo, o smegenys padeda tai padaryti.
Su smegenimis atsirado pojūčiai, leidžiantys atskirti tai, kas yra gerai, nuo to, kas yra blogai, bei atmintis. Šių savybių derinys suteikia gyvūnui galimybę nuolat stebėti, ar padėtis gerėja, ar blogėja.
Net gyvūnai, kurių smegenys yra tikrai paprastos - vabzdžiai, šliužai ir plokštieji kirminai - pagal praeities patirtį gali prognozuoti, ką ateityje geriau veikti ar ėsti, jų smegenyse veikia atlygio sistema, sustiprinanti motyvaciją rinktis tai, kas jiems yra gerai.
Panašu, kad sudėtingesnės žmogaus smegenų funkcijos - pavyzdžiui, socialiniai ryšiai, sprendimų priėmimas ir empatija - išsivystė iš esminių sistemų, kontroliuojančių maisto vartojimą.
Labiausiai išsivysčiusi žmogaus smegenų dalis - smegenų kaktos žievinė sritis, atsakinga už sprendimų priėmimą ir bendravimą - yra visai šalia tų smegenų sričių, kurios kontroliuoja skonio bei kvapo suvokimą, burnos, liežuvio ir žarnyno judėjimą. Tuo netgi galima paaiškinti, dėl ko mes bučiuojame potencialius partnerius - tai yra pats primityviausias mums žinomas būdas ką nors patikrinti.
Skonis: Anatomija ir fiziologija, Animacija
Kalba: komunikacijos viršūnė
Panašu, kad pagrindinė evoliucijos eigoje atsiradusi žmonėms būdinga naujovė yra kalba. Tai yra pagrindinis mus iš kitų gyvų sutvėrimų išskiriantis veiksnys.
E.Szathmary teigimu, turbūt sudėtingiausia šiuolaikinio mokslo užduotis - išsiaiškinti, kaip būtent mūsų protėviams pavyko toks šuolis. Jis pažymi, kad sudėtinga kalba - su sintakse ir gramatika, kurioje reikšmė sukuriama jungiant tarpusavy susijusius skirsnius - išsivystė tik vieną kartą.
Tik žmonių smegenys suteikia galimybę kalbėti ir, priešingai populiariai nuomonei, tai nėra tik kelių specializuotų smegenų sričių, tokių kaip Broca ar Vernicke sritys, suteikiama savybė. Pažeidus šias sritis jų funkcijas gali perimti kitos smegenų dalys.
E.Szathmary kalbą prilygino amebai, o žmogaus smegenis - terpei, kurioje ši ameba gali egzistuoti. „Stebėtinai didelė mūsų smegenų dalis gali palaikyti kalbą“, - sakė mokslininkas.
E.Szathmary įsitikinęs, kad atsakymas slypi tik žmonėms būdinguose neuronų tinkluose, atliekančiuose sudėtingą informacijos apdorojimą, būtiną kalbos gramatikai. Šių tinklų susiformavimas priklauso ir nuo mūsų genų, ir nuo patirties.
2001 metais aptiktas pirmas su kalba susijęs genas FOXP2 ir neabejojama, kad ateityje jų bus atrasta daugiau. Bet kodėl evoliucijos atžvilgiu artimi mūsų giminaičiai - šimpanzės ir kiti primatai - nepasižymi panašiomis savybėmis?
Neseniai atliktos analizės duomenimis, visa esmė yra tame, kad nors dauguma genų yra bendri žmonėms ir šimpanzėms, žmonių smegenyse pasireiškiančios genų versijos yra aktyvesnės nei šimpanzių.
Be to, naujagimių žmonių smegenys yra kur kas mažiau išsivysčiusios nei naujagimių šimpanzių, o tai reiškia, kad mūsų neuroniniai tinklai formuojasi per daugelį vystymosi metų tokioje aplinkoje, kur visi kalba.
Taip yra dėl to, kad kalbos dovaną gavę organizmai gali peržengti grynai biologinės evoliucijos ribas. Kalbėti mokėję mūsų protėviai galėjo susikurti savo aplinką - dabar ją vadiname kultūra - ir prie jos prisitaikyti be genetinių pokyčių.
Fotosintezė: energijos šaltinis
Tik labai nedaugelio naujovių pasekmės gyvybei yra tokios svarbios, kaip sugebėjimo pažaboti šviesos energiją. Fotosintezė tiesiogiai pakeitė planetos veidą, transformavo atmosferą ir apgaubė Žemę apsauginiu sluoksniu nuo mirtino spinduliavimo.
Be fotosintezės atmosferoje būtų labai nedaug deguonies, nebūtų nei augalų, nei gyvūnų - tik mikrobai, stumiantys savo egzistencijos dienas pirmykščiame mineralų ir anglies dvideginio sultinyje.
Iki fotosintezės atsiradimo gyvavo tik mikrobai, energiją gaudavę iš tokių šaltinių kaip siera, geležis ir metanas. Tačiau prieš 3,5 mlrd. metų arba šiek tiek anksčiau grupė mikrobų įgijo savybę panaudoti Saulės šviesos energiją angliavandenių sintezei.
Nežinoma, kaip ši savybė išsivystė, tačiau genetiniai tyrimai rodo, kad šviesos energiją panaudojantis mechanizmas išsivystė iš baltymo, kurio funkcija yra cheminės energijos pernešimas nuo vienos molekulės prie kitos.
Tačiau ankstyva fotosintezės proceso forma deguonies negamino. Jos metu buvo panaudojamas sieros vandenilis ir anglies dvideginis, o proceso galutiniai produktai buvo angliavandeniai ir siera.
Po kiek laiko (kiek tiksliai - nežinoma) išsivystė naujas fotosintezės tipas, kuriame reaguojanti medžiaga buvo vanduo, o šalutinis produktas - deguonis. Tomis ankstyvomis dienomis deguonis buvo nuodas.
Tačiau jis atmosferoje kaupėsi tol, kol išsivystė kai kurių mikrobų mechanizmai, leidę toleruoti deguonį, o vėliau netgi atsirado būdų panaudoti deguonį kaip energijos šaltinį.
Nuo to laiko Žemės gyvybė tapo energinga, atsirado galimybė vystytis sudėtingai, daugialąstei gyvybei - taip pat ir augalams, kurie savo fotosintezės mechanizmus „pasiskolino“ iš fotosintetinančių melsvabakterių.
Šiais laikais fotosintezė arba tiesiogiai, arba netiesiogiai yra beveik visos Žemėje egzistuojančios gyvybės sunaudojamos energijos šaltinis. Deguonis ne tik suteikia galimybę produktyviai deginti kurą, bet ir apsaugo gyvybę.
Chloroplastas - organelė, kurioje vyksta fotosintezė.
Šalutinis mūsų deguonies prisotintos atmosferos produktas yra ozono sluoksnis, esantis 20-60 kilometrų aukštyje virš žemės paviršiaus. Šis sluoksnis sulaiko didžiąją dalį ultravioletinio spektro spindulių.
Tai daro paukščiai, tai daro bitės - tai daro didžioji dalis visų rūšių, nes joms lytinis dauginimasis yra vienintelis pasirinkimas.