σύνολο από µεταβoλές που παρατηρούνται µέσα στο χρόνο και αφορούν τη γενετική των οργανισµών.

Transcript

1 ΕΞΕΛΙΞΗ

2 Eξέλιξη σύνολο από µεταβoλές που παρατηρούνται µέσα στο χρόνο και αφορούν τη γενετική των οργανισµών. Η εξέλιξη είναι πολύπλοκη και περιλαµβάνει πολλά φαινόµενα. Στις διαδικασίες που καταλήγουν στην εξέλιξη ενός οργανισµού συµβάλλουν διάφοροι παράγοντες.

3 Μηχανισµός της κληρονοµικότητας Η διαδικασια της µεταβίβασης των γονιδίων από τους γονείς στα τέκνα, καθώς και η έκφραση και η αλληλεπίδρασή τους σε σχέση µε τη συµπεριφορά των χρωµοσωµάτων κατά την ισοκατανοµή του γενετικού υλικού από τα πατρικά στα θυγατρικά κύτταρα επηρεάζουν τις διαδικασίες εξέλιξης ενός οργανισμού. Η φυλετική αναπαραγωγή έχει αποτέλεσµα την ανάµειξη των γνωριοµάτων των διαφόρων ατόµων ενός οργανισµού µε αποτέλεσµα τη δηµιουργια ποικιλοµορφίας και νέων συνδυασµών. Λόγω της δυνατότητας αυτής, η φυλετική αναπαραγωγή αποτέλεσε τον κατ' εξοχήν µηχανισµό των φυτικών και ζωικών οργανισµών και εµφανίστηκε πολύ νωρίς κατά τη διαδικασία της εξέλιξης των οργανισµών.

4 Σταδιακή ανάπτυξη εµποδίων (γεωγραφικών, οικολογικών, συµπεριφοράς ή και γενετικών) Η σταδιακή µετατόπιση των περιοχών ξηράς, καθώς και οι κλιµατολογικές µεταβολές που συντελέστηκαν από την αρχική εµφάνιση των πρώτων οργανισµών µέχρι σήµερα, ήταν βασικοί παράγοντες για τη διαφορετική εξέλιξη των ίδιων οργανισµών σε διαφορετικές περιοχές. Μια πιθανή δυνατότητα των πρώτων απλών µορφών ζωής να αναµειγνύονται και να ανταλλάσσουν γενετικό υλικό ίσως αποτέλεσε έναν πρόσθετο παράγοντα για την ποικιλόµορφη εξέλιξή τους. Σήµερα µε τις διαστάσεις που έχει λάβει η εξέλιξη και η ανάπτυξη των οργανισµών δεν παρέχεται η δυνατότητα για την ανταλλαγή αυτή του γενετικού υλικού, αλλά και όπου παρέχεται το αποτέλεσµα είναι είτε ο θάνατος του νέου αναπτυσσόµενου οργανισµού είτε η ανάπτυξη βιώσιµου µεν αλλά στείρου οργανισµού.

5 Η επίδραση διαφόρων ειδών εµποδίων στη διαδικασία της εξέλιξης καθιστά κατανοητή την επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων σ' αυτήν, καθώς η διαφορετική βιωσιµότητα του ίδιου οργανισµού σε διαφορετικό περιβάλλον είναι παράγοντας προσαρµοστικότητας που επηρεάζει σηµαντικά τη διαδικασία της εξέλιξης. Στην οργάνωση των ζωντανών σήµερα οργανισµών πάνω στη γη συνέβαλαν δύο εξελικτικές διαδικασίες: η χηµική η οργανική.

6 Η χηµική πρέπει να έλαβε χώρα κατά τα πρώτα στάδια της οργάνωσης του φλοιού της γης, οπότε η διάπυρη γήινη µάζα ψύχθηκε σταδιακά και άρχισε να συγκεντρώνεται νερό στις διάφορες κοιλότητές της. Φυσιολογικά, η οργανική εξέλιξη πρέπει να ακολούθησε τη χηµική µε αποτέλεσµα να εµφανιστεί στη γη όλο εκείνο το βιολογικό σύστηµα που από τις πρωτοβιοτικές µορφές κατέληξε µε την πάροδο του χρόνου στη σηµερινή ποικιλοµορφία των ζωντανών οργανισµών.

7 1. Εξελικτικοί περιορισµοί Ολοι οι ζώντες οργανισµοί είναι πολύπλοκα συστήµατα που συλλέγουν ενέργεια και απλές χηµικές ενώσεις από το περιβάλλον τους και τα µετατρέπουν σε σωµατική διάπλαση και απογόνους. Όµως η ενέργεια και οι χηµικές ενώσεις δεν είναι πηγές ανεξάντλητες και ισοκατανεµηµένες σε όλη την έκταση της γης. Η ανοµοιογενής κατανοµή των πρώτων αυτών υλών για τους ζωντανούς οργανισµούς αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για την εξέλιξη των οργανισµών µιας περιοχής.

8 Υπάρχουν δύο ενεργειακές πηγές που µπορούν να εκµεταλλευτούν οι οργανισµοί: η ενέργεια που παρέχεται από την ακτινοβολία του ήλιου, η ενέργεια που παρέχεται από µερικές πλούσιες σε ενέργεια νιτρικές και θειικές ενώσεις, αλλά κυρίως από χηµικές ενώσεις που βρίσκονται µέσα στο σώµα των ζωντανών και των νεκρών οργανισµών

9 Και οι δύο αυτές πηγές ενέργειας έχουν άνιση κατανοµή. Η ηλιακή ενέργεια ανισοκατανέµεται µεταξύ ηµέρας και νύχτας και υφίσταται και την τυχαία εξάρτηση από άλλους περιβαλλοντικούς ή κλιµατολογικούς παράγοντες Τα ανόργανα χηµικά µόρια που είναι απαραίτητα στους οργανισµούς ανισοκατανέµονται µεταξύ περιβάλλοντος και οργανισµών, o στο περιβάλλον βρίσκονται σε χαµηλή συγκέντρωση, o σε στερεά µορφή στο έδαφος o σε διαλυµένη µορφή στον υδάτινο χώρο, βρίσκονται σε µεγαλύτερη συγκέντρωση µέσα στους ζωντανούς οργανισµούς.

10 Η πρωτογενής δέσµευση της ενέργειας γίνεται από τους φυτικούς οργανισµούς. Για το λόγο αυτόν οι οργανισµοί αυτοί έχουν αναπτύξει τους καταλληλους µηχανισµούς όπως ριζικό σύστηµα για τη δέσµευση των αλάτων και του νερού από το έδαφος εξειδικευµένες φωτοευαίσθητες επιφάνειες, το φύλλωµα, για τη δέσµευση της ηλιακής ενέργειας.

11 Από την προσπίπτουσα στην επιφάνεια της γης ηλιακή ενέργεια οι φυτικοί οργανισµοί εκµεταλλεύονται µόνο το 5%, ενώ η υπόλοιπη ενέργεια χάνεται στο περιβάλλον µε τη µορφή θερµότητας. Η διάταξη και δοµή του φυλλώµατος είναι τέτοια ώστε να γίνεται η καλύτερη δυνατή εκµετάλλευση της ενέργειας και να παρουσιάζει σταθερότητα στους περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως ρεύµατα του αέρα, βροχή, χιόνι και άλλα. Η ενέργεια που δεσµεύεται από το φύλλωµα των φυτών µετατρέπεται µέσα σ' αυτά σε πολύπλοκες χηµικές ενώσεις µε τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης

12 Την ενέργεια που δεσµεύεται πρωτογενως µ' αυτόν τον τρόπο εκµεταλλεύονται άλλοι οργανισµοί που έχουν αναπτυξει κατάλληλα διαµορφωµένα οργανικά συστήµατα για τη συλλογή (στόµα) και την απορρόφησή της (πεπτικό σύστηµα). Οι οργανισµοί αυτοί που καλούνται φυτοφάγοι, για να καλύψουν τις µεγάλες απαιτήσεις τους σε ενέργεια δαπανούν πολύ µεγάλο χρονικό διάστηµα στη συλλογή φυτών. Οµως, αν και δεσµεύουν µεγάλα ποσά ενέργειας πρωτογενώς από το περιβαλλον, η ενέργεια αυτή δεν είναι όλη εκµεταλλεύσιµη από τους φυτοφάγους οργανισµούς για δύο λόγους.

13 1) γιατί ένα µεγάλο µέρος του φυτικού σώµατος δεν είναι δυνατόν να υποστεί πέψη και κατά συνέπεια να το εκµεταλλευτούν οι φυτοφάγοι οργανισµοί 2) γιατί η ποσοστιαία σύσταση σε ποωτεϊνες και λίπη είναι πολύ χαµηλή, εκτός από ορισµένους εξειδικευµένους ιστούς όπως τα σπέρµατα, το νέκταρ και η γύρη. Την εξειδίκευση αυτή των φυτοφάγων οργανισµών εκµεταλλεύονται άλλοι οργανισµοί, οι σαρκοφάγοι. Οι οργανισµοί αυτοί εκµεταλλεύονται την ενέργεια των φυτοφάγων που είναι πολύ πιο πλούσια ανά γραµµάριο σώµατος σε σύγκριση µε τα φυτά. Συγχρόνως οι σαρκοφάγοι οργανισµοί πρέπει να έχουν καταλληλα ανεπτυγµένη σωµατική διάπλαση για να µπορούν να συλλάβουν και να υπερνικήσουν τους φυτοφάγους.

14 Η δομή της τροφικής αυτής αλυσίδας αποτελεί μέσο εξελικτικής ποικιλότητας, αλλά όχι το μόνο. Υπάρχει δε, γιατί οι οργανισμοί απαιτούν ενέργεια για να επιβιώσουν. Ο ρυθμός και ο τρόπος δέσμευσης της ενέργειας αποτελούν περιοριστικούς παράγοντες ως προς το τι μπορούν να κάνουν οι διάφοροι οργανισμοί και το πώς είναι η διάπλασή τους. Έτσι οι σαρκοφάγοι οργανισμοί είναι ανεπτυγμένοι ανάλογα με τον τρόπο που βρίσκουν τους φυτοφάγους, δηλαδή, αν κυνηγούν, ενεδρεύουν ή στήνουν παγίδες για να πιάσουν την τροφή τους. Οι φυτοφάγοι, ανάλογα µε τους φυτικούς ιστούς που εκµεταλλεύονται, δηλαδή, αν είναι φυλλοφάγοι, ανθοφάγοι, ξυλοφάγοι ή καρποφάγοι. Επίσης ανάλογα µε τη δυνατότητά τους να δεσµεύουν ενέργεια κάτω από υψηλή ή χαµηλή φωτεινότητα, θερµοκοασία ή και προσφορά νερού.

15 Δοµή τροφικής αλυσίδας. Τα φυτά δεσµεύουν ενέργεια από τον ήλιο, CO 2 από τον αέρα και Η 2 Ο και θρεπτικά συστατικά από το έδαφος και τα µετατρέπουν σε πλούσιες σε ενέργεια οργανικές ενώσεις. Τα φυτοφάγα ζώα, µε τη σειρά τους, δεσµεύουν την ενέργεια αυτή από τα φυτά και µε τη σειρά τους τη δίνουν στα σαρκοφάγα

16 Αρα, η εξέλιξη είναι το αποτέλεσµα της αλληλεπίδρασης πολλών διαφορετικών παραγόντων που µε τη σειρά τους και αυτοί υπόκεινται σε µεταβολές. Το σύνολο αυτών, πολύ νωρίς στην εξελικτική ιστορία καθενός φυτικού ή ζωικού συστήµατος, έχει επιδράσει έτσι ώστε να εµφανίζεται η σηµερινή ποικιλοµορφία οργανισµών, αλλά και διαµέσου των απολιθωµένων µορφών που βρίσκουµε, να µπορούµε να µελετήσουµε την πρόοδο και την εξέλιξη των διαφόρων οργανισµών από τη στιγµή της εµφάνισης τους µέχρι σήµερα.

17 2. Η θεωρία της εξέλιξης διαµέσου της φυσικής επιλογής Σε κάθε σηµείο γύρω µας βλέπουµε αναοίθµητους οργανισµούς µε ποικίλες µορφές, σχήµατα και τρόπο διαβίωσης. Όλη αυτή η πολυπλοκότητα δεν είναι τίποτε άλλο παρά η έκφραση ενός υψηλού βαθµού χηµικής οργάνωσης που µε µια λέξη ονοµάζουµε ζωή. Ο άνθρωπος από την εποχή που άρχισε να αντιλαµβάνεται το περιβάλλον και τον εαυτό του µέσα σ' αυτό, προσπάθησε να δώσει εξηγήσεις γι' αυτή την πολυπλοκότητα αναπτύσσοντας διάφορες φιλοσοφίες, θρησκευτικές αντιλήψεις και µύθους. Οι τεχνολογικές ανακαλύψεις δηµιούργησαν ένα νέο κλίµα στη φιλοσοφική σκέψη σχετικά µε τη φύση.

18 Παρατηρήθηκε ότι: 1. Μεταξύ των οργανισµών υπήρχαν µέχρι ένα βαθµό οµοιότητες µορφολογικές, δοµικές και συµπεριφοράς. 2. Με βάση αυτές τις οµοιότητες φυτά και ζώα µπορούσαν να κατανεµηθούν σε οµάδες και, στη συνέχεια, οι οµάδες σε σειρές από τους απλούστερους προς τους πολυπλοκότερους οργανισµούς. 3. Απολιθωµένα οστά από ζώα που είχαν εξαφανιστεί µπορούσαν να κατανεµηθούν σε οµάδες που ταίριαζαν στις σειρές των ζωντανών οργανισµών. 4. Μερικές φορές οι απόγονοι παρουσίαζαν µικρότερες ή µεγαλύτερες διαφορές από τους προγόνους τους. Οι διαφορές αυτές ονοµάστηκαν αρχικά µεταλλαγές, όρος που δεν πρέπει να συγχέεται µε τον όρο µεταλλάξεις

19 Οι παρατηρήσεις αυτές γέννησαν σταδιακά την ιδέα ότι η ποικιλοµορφία των ζωντανών οργανισµών είναι το αποτέλεσµα µιας εξελικτικής διαδικασίας. Απαρχή της θεωρίας της εξέλιξης

20 Darwin οι οργανισµοί γεννούν πολύ περισσότερους απογόνους από όσους χρειάζονταν για να επιβιώσουν και παρουσιάζεται ένας ανταγωνισµός µεταξύ τους για το ποιος θα επιβιώσει, θεωρία της εξέλιξης των οργανισµών. Ένα χαρακτηριστικό περνάει σε όλα τα άτοµα µιας οµάδας οργανισµών όταν, παρουσιαζόµενο σε ένα άτοµο, του δίνει µεγαλύτερη πιθανότητα για επιβίωση σε ορισµένο περιβάλλον οπότε ο οργανισµός αυτός και οι απόγονοί του πολλαπλασιάζονται κάτω από καλύτερες συνθήκες. φυσική επιλογή

21 Φυσική επιλογή, επιστηµονική υπόθεση που εξηγεί την ποικιλοµορφία που παρατηρείται στους ζωντανούς οργανισµούς. Με την προϋπόθεση ότι υπάρχουν ορισµένοι απαραίτητοι όροι όπως: αναπαραγωγή, κληρονοµικότητα, συσχέτιση µεταξύ επιβίωσης και ατοµικών χαρακτηριστικών, απαρχή της δηµιουργίας της ποικιλότητας

22 Για να υπάρξει φυσική επιλογή, πρώτη απαραίτητη προϋπόθεση είναι οι οργανισµοί να δίνουν πολύ περισσότερους απογόνους από όσους χρειάζονται για να τους αντικαταστήσουν. Εάν κάθε οργανισµός δίνει τόσους απογόνους όσους χρειάζονται για να τον αντικαταστήσουν, τότε µετά την πάροδο ορισµένου χρονικού διαστήµατος θα επέλθει εξισορρόπηση στον οργανισµό. Η εξισορρόπηση αυτή θα γίνει µόνο µε την προϋπόθεση ότι δεν θα συµβεί κανένα τυχαίο γεγονός που θα έχει αποτέλεσµα την απώλεια έστω και ενός ατόµου.

23 Κάτω από αυτές τις συνθήκες ο οργανισµός αυτός δεν είναι δυνατόν να εξελιχθεί και σταδιακά θα εξαφανιστεί. Για να υπάρξει δυνατότητα κάθε οργανισµός να εξελίσσεται πρέπει να δίνει περισσότερους απογόνους από όσους χρειάζονται για την αντικατάστασή του έτσι ώστε να δίνει την ευχέρεια στους απογόνους του να αντεπεξέρχονται στις πιθανές αντίξοες συνθηκες.

24 Οι πλέον αντίξοες συνθήκες για κάθε οργανισµό παρουσιάζονται πριν από την εποχή που αυτός είναι ώριµος για αναπαραγωγή. Την περίοδο αυτή, καθώς ο οργανισµός είναι λιγότερο ισχυρός, γίνεται πιο ευάλωτος από τους εχθρούς του και έτσι δεν του δίνεται πάντοτε η δυνατότητα να αναπαραχθει Αν ο οργανισµός πεθάνει πριν από την αναπαραγωγή του, τότε, εφόσον δίνει ίσο αριθµό απογόνων µε αυτούς που χρειάζονται για να επιβιωσει, φυσιολογικά θα εξαφανιστεί. Είναι γεγονός όµως ότι κανένας γνωστός οργανισµός δεν δίνει τόσους απογόνους όσους χρειάζονται για να αντικατασταθεί.

25 Επίσης ότι ο αριθµός των απογόνων που δίνουν οι διάφοροι οργανισµοί ποικίλλει, καθώς υπάρχουν οργανισµοί που δίνουν αστρονοµικά νουµερα απογόνων, ενώ άλλοι δίνουν ελάχιστους. Επίσης, ορισµένοι οργανισµοί δίνουν πολλή από την ενεργητικότητά τους για τους απογόνους τους, όπως µερικά φυτά που δίνουν µέχρι και το 30%, ενώ άλλοι δίνουν µόλις µέχρι και το 1 % της ενεργητικότητάς τους. Ο ρυθµός αναπαραγωγής και ο αριθµός των απογόνων επηρεάζουν κατά πολύ τις διαδικασίες της φυσικής επιλογής και της εξέλιξης κάθε οργανισµού

26 Η συσχέτιση των διαφόρων ατοµικών χαρακτηριστικών και της πιθανότητας για επιβίωση, καθώς και η συµµετοχή της κληρoνoµικότητας γίνονται κατανοητές µόνο αν παρατηρήσουµε την επιβίωση ορισµένων οργανισµών κάτω από µεταβαλλόµενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Κατά την απαρχή της εκβιοµηχάνισης στην Αγγλία παρατηρήθηκε σε ορισµένες περιοχές µεταβολή στους πληθυσµούς από νυχτοπεταλούδες. Πριν από την εκβιοµηχάνιση της περιοχής του Birmingham, τα δένδρα καλύπτονταν από άσπρες λειχήνες που έφεραν γκριζωπά στίγµατα. Μετά την εκβιοµηχάνιση της περιοχής εξαιτίας της περιβαλλοντικής µόλυνσης, οι λειχήνες καταστράφηκαν και οι κορµοί των δένδρων που έµεναν γυµνοί πήραν σκουρόχρωµη απόχρωση.

27 Επίσης πριν από την εκβιοµηχάνιση, στην ίδια περιοχή ζούσαν οι νυχτοπεταλούδες Biston betularia που κατά την ηµέρα αναπαύονταν στους κορµούς των δένδρων. Οι πεταλούδες αυτές ήταν άσπρες µε γκριζωπές ανταύγειες. Λόγω της εµφάνισής τους οι πεταλούδες δεν ήταν εύκολο να γίνουν αντιληπτές από τα πουλιά της περιοχής και να φαγωθούν µε αποτέλεσµα ο πληθυσµός τους να είναι µεγάλος και να µην εξαφανίζονται. Μετά την εκβιοµηχάνιση και τη σταδιακή εξαφάνιση των λειχήνων από τους κορµούς των δένδρων, οι πεταλούδες αυτές σταδιακά µειώνονταν.

28 Έπειτα από 100 περίπου χρόνια αυτοί που συνέλεγαν πεταλούδες της περιοχής αυτής παρατήρησαν ότι η πεταλούδα Β. betularia είχε σχεδόν εξαφανιστεί και τη θέση της είχε καταλάβει η πεταλούδα Β. cαrbonaria. Η πεταλούδα αυτή έµοιαζε µε την προηγούµενη αλλά είχε γκριζόµαυρες φτερούγες. Συγχρόνως όµως, µε την πάροδο του χρόνου σταδιακά εντοπίστηκε και µια τρίτη µε ενδιάµεσο χρωµατισµό που ονοµάστηκε Β. insulαriα Με τη σταδιακή εξαφάνιση των λειχήνων από τους κορµούς των δένδρων η Β. betulαriα φαινόταν πολύ καλά από τα πουλιά που τελικά την έτρωγαν.

29 Η τυχαία αλλοίωση στο χρώµα των φτερούγων αποτέλεσε προνοµιακό γνώρισµα για το άτοµο που έφερε αυτή την αλλαγή έτσι ώστε να επικρατήσει η Β. cαrbonαriα ως προς την Β. betulαriα, επειδή ήταν καλύτερα προσαρµοσµένη προς το καινούργιο περιβάλλον. Συγχρόνως η επαφή µεταξύ των δύο αυτών εντόµων έδωσε γένεση στην τρίτη, την Β. insulαriα. Αν θέλουµε να δούµε την κατανοµή των τριών αυτών ειδών πεταλούδας τότε παρατηρούµε ότι στη µη εκβιοµηχανισµένη περιοχή απαντάται η Β. betulαriα, στην εκβιοµηχανισµένη η Β. cαrbonαriα και ενδιάµεσα η Β. insulαriα. Από αυτές τις παρατηρήσεις γίνεται εύκολα κατανοητή η συµβολή της κληρονοµικότητας, αλλά και της συσχέτισης των ατοµικών χαρακτηριστικών µε την πιθανότητα για επιβίωση στην όλη διαδικασία της εξέλιξης διαµέσου της φυσικής επιλογής.

30 Από το προηγούµενο παράδειγµα γίνεται κατανοητό ότι για να µπορέσει να δράσει η φυσική επιλογή θα πρέπει οι περιβαλλοντικοί παράγοντες να µην µεταβάλλονται συνεχώς, αλλά να παραµένουν σταθεροί. Από τους περιβαλλοντικούς παράγοντες άλλοι παραµένουν σχετικά σταθεροί, όπως η εποχικότητα και η διάρκεια της ηµέρας και της νύχτας, ενώ άλλοι όπως οι καιρικές συνθήκες είναι πολύ ευµετάβλητοι. Έτσι, οι οργανισµοί µπορούν να προσαρµοστούν ως προς τη διάρκεια του φωτός (κατάλληλη ανάπτυξη µατιών στους ζωικούς οργανισµούς ή αντίστοιχου φυλλώµατος στους φυτικούς), αλλά δεν µπορούν να προσαρµοστούν π.χ, στην αντοχή προς κάποια τυχαία χαλαζόπτωση σε µια περιοχή. Έτσι, παρέχεται στους οργανισµούς ο κατάλληλος χρόνος και οι συνθήκες για να αναπτύσσουν διαφοοοποιήσεις ανάλογα µε τις περιβαλλοντικές συνθήκες και να δηµιουργείται µια µεγάλη ποικιλοµορφία.

31 Η διαδικασία για τη δηµιουργία της ποικιλοµορφίας είναι διττή. Η πρώτη πηγή προέρχεται από τους οργανισµούς µε βάση τη γενετική τους σύσταση. Δηλαδή, το DNA κάθε οργανισµού µε τις συνεχείς αλλοιώσεις που υφίσταται από τη δράση κυρίως της κοσµικής ακτινοβολίας παρέχει στους οργανισµούς όλο και νέες δυνατότητες που πρέπει να επιλεχθούν από αυτούς. Άλλες από αυτές καταλήγουν στην καταστροφή του οργανισµού ενώ άλλες του παρέχουν το µέσο για να δράσει σταδιακά η φυσική επιλογή. Η δεύτερη πηγή προέρχεται από το περιβάλλον που αν και άµεσα δεν δηµιουργεί µεταβολές στους οργανισµούς, έµµεσα όµως συµβάλλει στη διατήρηση ή µη των επιλογών που έχουν ήδη εµφανιστεί στους οργανισµούς, από την πρώτη πηγή,

32 Σύνοψη απαραίτητων συνθηκών για την ύπαρξη δυνατότητας προς εξέλιξη σύµφωνα µε τη θεωρία της φυσικής επιλογής 1. Να γεννώνται περισσότεροι απόγονοι από όσους χρειάζονται για επιβίωση. 2. Να µεταδίδουν οι γονείς τα χαρακτηριστικά τους στους απογόνους τους. 3. Να υπάρχουν περισσότερα από ένα άτοµα στον πληθυσµό σε σχέση προς ένα ή περισσότερα χαρακτηριστικά.

33 4. Να υπάρχει αυξηµένη πιθανότητα για επιβίωση στους απογόνους που φέρουν κάποιο δεδοµένο χαρακτηριστικό. 5. Να υπάρχει αρκετή περιβαλλοντική σταθερότητα σε σχέση µε το χρόνο. Εφόσον πληρούνται οι προϋποθέσεις αυτές, τότε άτοµα που φέρουν ένα πιο βελτιωµένο χαρακτηριστικό σταδιακά θα πολλαπλασιαστούν και θα επικρατήσουν στον πληθυσµό.

34 3. Εξελικτικές µονάδες Σήµερα ως εξελικτικές µονάδες µπορούµε να θεωρήσουµε τους γαµέτες, τις οικογένειες, τους πληθυσµούς, αλλά και το φύλο. Αντίστοιχα και η εξέλιξη µπορεί να είναι γαµετική, συγγενική, κοινωνική (ενδηµική), αλλα και φυλετική (σεξουαλική). Γαμετική επιλογή Οι γαµέτες, ως οργανισµοί έχουν γενετική σύσταση που διαφέρει από τους διπλοειδείς οργανισµούς που τους παράγουν. Υπάρχει µεγάλος αριθµός από αυτούς, έχουν εξειδικευµένα χαρακτηριστικά και επίσης µπορούν να τα µεταβιβάσουν σε νέους γαµέτες διαµέσου του ζυγώτη που προκύπτει από τη σύντηξη δύο αντίθετου φύλου γαµετών.

35 Διαθέτουν έτσι τις απαραίτητες προϋποθέσεις για φυσική επιλογή που είναι δυνατόν να γίνει ανεξάρτητα από αυτήν που επιδρά στους οργανισµούς που τους παράγουν. Γνωρίσµατα των γαµετών που υπόκεινται σε επιλεκτικές διαδικασίες είναι η κινητικότητα των αρρένων γαµετών, η χρονική διάρκεια και η ικανότητα επιβίωσης των γαµετών σε διάφορα περιβάλλοντα, καθώς και η δυνατότητα σύντηξης µε τον αντίθετο γαµέτη για τη δηµιουργία του ζυγώτη. Επειδή οι γαµέτες είναι απλοειδή κύτταρα, όλο το γενετικό υλικό τους είναι άµεσα εκτεθειµένο στην επιλεκτική διαδικασία και, κατά συνέπεια, η γαµετικη επιλογή είναι πολύ αποτελεσµατική.

36 Συγγενική επιλογή γίνεται δυσκολότερα κατανοητή, αλλά είναι εµφανής αν κάποιος µελετά επισταµένως τη µεταβίβαση κάποιων γνωρισµάτων µεταξύ µελών διαφόρων οικογενειών από οργανισµούς. Για παράδειγµα, µια οικογένεια χορτοφάγων ζώων που ζει σε µια περιοχή µε σαρκοφάγα ζώα. Στην ίδια περιοχή έστω ότι ζουν και άλλες οικογένειες από το ίδιο χορτοφάγο ζώο. Κάποια στιγµή, και ενώ η οικογένεια ασχολείται µε τη συλλογή τροφής της, επιτίθεται ένα σαρκοφάγο.

37 Αν στην πρώτη οικόγένεια για κάποιο γενετικό λόγο έχει αναπτυχθεί η ικανότητα να φωνάζει σε ώρα κινδύνου µε ιδιαίτερο τρόπο ώστε να ειδοποιούνται τα µέλη της οικογένειας για να καλυφθούν σύντοµα και να αποφύγουν τον κίνδυνο, τότε τα µέλη της οικογένειας αυτής έχουν µεγαλύτερη πιθανότητα να επιβιώσουν στην περιοχή αυτή απ' ό,τι τα µέλη άλλων οικογενειών που δεν έχουν τη δυνατότητα αυτή. Το τελικό αποτέλεσµα θα είναι σταδιακά στην περιοχή αυτή να επικρατήσουν οι διαδοχικοί απόγονοι της πρώτης οικογένειας. Με τον τρόπο αυτόν λειτουργεί η συγγενική επιλογή.

38 Κοινωνική ή ενδηµική επιλογή συγχέεται και µελετάται µε την ατοµική ή µε τη συγγενική επιλογή. Ο λόγος είναι ότι για να επιδράσει η ενδηµική επιλογή πρέπει τα χαρακτηριστικά να εµφανιστούν σταδιακά σε κάποιο η κάποια άτοµα της κοινωνικής οµάδας και µετά να επιδράσουν σε όλη την οµάδα. Χαρακτηριστικά που εµπίπτουν στη διαδικασία της κοινωνικής επιλογής είναι κατά κανόνα αυτά που συνδέονται µε θέµατα συµπεριφοράς.

39 Παρόλο που η φυλετική ή σεξουαλική επιλογή δεν έχει γίνει γενικά αποδεκτή, συµβάλλει όµως κατά πολύ στη µετάδοση ιδιαίτερων γνωρισµάτων κυρίως κοινωνικής συµπεριφοράς. Στηρίζεται στο γεγονός ότι κάθε θήλυ άτοµο έχει τη δυνατότητα να επιλέξει ανάλογα µε την αρέσκειά του ένα άρρεν άτοµο ανάµεσα στο γενικό πληθυσµό. Επίσης, ανάµεσα στα άρρενα άτοµα της κοινωνικής οµάδας παρατηρείται µια διαµάχη για την κατάκτηση ενός θήλεος ατόµου. Αποτέλεσµα είναι ότι ο πλέον επιτυχής αντιπρόσωπος κάθε φύλου έχει και τη δυνατότητα να διαιωνίσει και τα ιδιαίτερα γνωρίσµατα που διαθέτει.

40 4. Εξέλιξη των οργανισμών Η σταδιακή µετάπτωση του αρχέγονου κυττάρου στη σηµερινή γνωστή ποικιλία των ζωντανών οργανισµών, αλλά και αυτών που εξαφανίστηκαν κατά τη µακραίωνη προϊστορία της γης, προήλθε από τις διαδικασίες της εξέλιξης Η σταδιακή εξέλιξη του αρχέγονου κυττάρου έδωσε γένεση σε µια ποικιλία οργανωµένων µορφών που η καλύτερη µελέτη τους είναι δυνατή µόνο αν διαχωριστούν σε οµάδες οργανισµών που φέρουν κοινά χαρακτηριστικά. Ο διαχωρισµός αυτός αποτελεί την κατάταξη ή ταξινόµηση των οργανισµών µε βάση ορισµένα κριτήρια.

41 Μελετώντας τις διαφορές ή τις οµοιότητες που παρουσιάζουν οι διάφορες οµάδες µεταξύ τους µπορούµε να δηµιουργήσουµε την όλη εικόνα της εξέλιξης των οργανισµών. Η µελέτη των οργανισµών που οήµερα βρίσκονται στη ζωή είναι εύκολη καθόσον µπορούµε να βρούµε τους οργανισµούς και να τους µελετήσουµε. Η µελέτη όµως των οργανισµών που έζησαν κατά το παρελθόν, νεότερο ή απώτερο, είναι δυσκολότερη καθόσον βασίζεται στην εξεύρεση υπολειµµάτων τους µέσα στα διάφορα γεωλογικά στρώµατα. Κατά κανόνα, µπορούµε να πούµε ότι σήµερα έχουµε µια καλη εικόνα της όλης εξέλιξης των οργανισµών από την πρωταρχική εµφάνιση της ζωής πάνω στον πλανήτη γη µέχρι σήµερα.

42 Η µελέτη της εξέλιξης των οργανισµών στηρίζεται στη συγκριτική µελέτη µε βάση κοινά χαρακτηριστικά. Τα χαρακτηριστικά αυτά σε µια οµάδα ατόµων που είναι κοινά, σταθερά, κληρονοµήσιµα και επιτυγχάνουν την κατά το δυνατόν µεγαλύτερη αναπαραγωγική αποµόνωση της οµάδας ορίζουν τη θεµελιώδη ταξινοµική βαθµίδα που αποτελεί το είδος ενός οργανισµού. Οι µικρότερες βαθµίδες από το είδος που διαχωρίζουν τα µέλη του είδους σε οµάδες διακριτές είναι το υποείδος, η ποικιλία και η µορφή. Οι µεγαλύτερες βαθµίδες από το είδος, συνδέουν διάφορα είδη σε µεγαλύτερες οµάδες µέχρι τη συγκρότηση του συνόλου των ζωντανών οργανισµών κατά το δυνατόν στην πρωταρχική µορφή ζωής. Οι µεγαλύτερες σταδιακά βαθµίδες ειναι το γένος, η οικογένεια, η τάξη, η κλάση, το άθροισµα και το βασίλειο.

43 Η εξέλιξη των οργανισµών ακολούθησε µια σταδιακή µετάπτωση από έναν οργανισµό σε άλλον σύµφωνα µε ορισµένους κανόνες. Δύο είναι οι θεωριες που εξηγούν τη δηµιουργία των διαφόρων ειδών. Αυτές είναι η θεωρία του µετασχηµατισµού ή φυλετικής δηµιουργίας των ειδών η θεωρία του πολλαπλασιασµού των ειδών ή πραγµατικής δηµιουργίας των ειδών. Η πρώτη δέχεται ότι τα είδη προκύπτουν µέσω µεταλλάξεων και επιλογής ή σύγκλισης και επίµειξης ειδών. Αυτή η θεωρία δεν αντιµετωπίζει την ανάπτυξη µηχανισµών αποµόνωσης και το µεγάλο πολλαπλασιασµό των ειδών.

44 Η δεύτερη δέχεται ότι από ένα είδος µπορεί να προκύψουν ένα ή περισσότερα νέα είδη, χωρίς το αρχικό είδος να χάσει τους αρχικούς του χαρακτήρες. Αυτό είναι δυνατόν να γίνει µέσω χρωµοσωµικών ανασυνδυασµών Γενικά η δεύτερη αυτή θεωρία δέχεται αρχική αντιµετώπιση φαινοµένων αποµόνωσης ατόµων του αρχικού πληθυσµού που σταδιακά διαφοροποιούνται γενετικά και χάνουν την ικανότητα της µεταξύ τους γονιµοποίησης.

45 Γενικά, ανεξάρτητα από το µηχανισµό που επιδρά στη δηµιουργία νέων ειδών, χρειάζεται κάποιο σηµαντικό χρονικό διαστηµα για την προσαρµογή τους στις νέες συνθήκες. Απαιτείται επίσης η ανάπτυξη ανταγωνιστικών και συναγωνιστικών φαινοµένων µε άλλους οργανισµούς στην ίδια περιοχή πριν το νέο είδος επιβιώσει σε µια περιοχή και αρχίσει και αυτό µε τη σειρά του να εξελίσσεται προς µια νέα κατεύθυνση. Στη διαδικασία της εξέλιξης των οργανισµών αντιµετωπίζουµε τις εξής τρεις βασικές συνιστώσες:

46 τη γενετική µεταβολή που προσφέρει το γόνιµο έδαφος για να αρχίσει η διαδικασία της εξέλιξης, την επιλογή του πιο κατάλληλα προσαρµοσµένου οργανισµού κάθε φορά και την ποικιλοµορφία του περιβάλλοντος µέσα στο οποίο γίνονται οι προηγούµενες διαδικασίες. Μια τελευταία διάσταση εξίσου σηµαντική µε τις τρεις προηγούµενες είναι και ο χρόνος. Η πραγµατική διάσταση της εξέλιξης των οργανισµών γίνεται αντιληπτή µόνο αν λάβουµε υπόψη µας το χρονικό διάστηµα που είχαν στη διαθεσή τους οι οργανισµοί για να εξελιχθούν από τους πλέον αρχέγονους και πρωταρχικούς στους πιο εξελιγµένους σήµερα οργανισµούς.

47 5. Παλαιοντολογία και εξέλιξη Το χρονικό διάστηµα µέσα στο οποίο έλαβε χώρα η όλη πορεία της εξέλιξης είναι περίπου 3,5 δισεκατοµµύρια έτη. Κατά το χρονικό αυτό διάστηµα οι οργανισµοί πέρασαν από µεγάλα βήµατα ανάπτυξης και σταδιακής εξέλιξης. Δυστυχώς ή ευτυχώς, σ' αυτό το χρονικό διάστηµα το µεγαλύτερο µέρος των οργανισµών που βρέθηκαν πάνω στη γη σταδιακά χάθηκε και έδωσε τη θέση του σε νέες µορφές ζωής. Η αναδροµή στους οργανισµούς που κάποτε έζησαν στη γη και από τους οποίους σταδιακά προέκυψαν οι σηµερινοί ζωντανοί οργανισµοί αποτελεί αντικείµενο του κλάδου της παλαιοντολογιας.

48 Η αναδρομή αυτή βασίζεται στην ανεύρεση και μελέτη υπολειμμάτων των οργανισμών μέσα στα διάφορα γεωλογικά στρώματα. Ο επόμενος Πίνακας μας δίνει μια γενική επισκόπηση της εξέλιξης των οργανισμών σε σχέση με το χρόνο. Αν θα ανευρεθούν υπολείμματα μέσα σε ορισμένο γεωλογικό στρώμα αποτελεί θέμα των ειδικών περιβαλλοντικών συνθηκών της περιόδου που σχηματίστηκε το συγκεκριμένο γεωλογικό στρώμα. Έτσι, για άλλους οργανισμούς που έζησαν κάποια δεδομένη εποχή έχουμε τη δυνατότητα να παρακολουθήσουμε αδιάκοπα την εξέλιξή τους, δηλαδή από τι προέκυψαν και σε τι εξελίχθηκαν, ενώ για άλλους έχουμε κενά. Ένα άλλο σοβαρό πρόβλημα που αντιμετωπίζεται με τη μελέτη των απολιθωμένων οργανισμών είναι και το ότι δεν έχουμε το σύνολο του οργανισμού, αλλά κυρίως τα πλέον σταθερά τμήματά του.

49 Λίγες είναι οι περιπτώσεις που έχουµε έναν οργανισµό ως σύνολο και αυτές είναι εξειδικευµένες Τέτοιες περιπτώσεις µπορεί να προκύψουν είτε µε τον εγκλεισµό ενός οργανισµού µέσα σε ρητινώδεις ουσίες, κυριως εντόµων, είτε µε τον εγκλωβισµό ολόκληρου του οργανισµού µέσα σε στρώµατα πάγων όπως συµβαίνει για ορισµένα είδη που βοίσκονται στους πάγους της ΣιβηρΙας. Οι περιπτώσεις αυτές των εγκλωβισµένων σε πάγους οργανισµών µας βοηθούν να µελετήσουµε όχι µόνο αυτούς τους οργανισµούς, αλλά και άλλους που τυχόν βρέθηκαν την ίδια στιγµή µε αυτούς. Τέτοιοι µπορεί να είναι παράσιτά τους είτε υπολείµµατα της τροφής τους µέσα στο στοµάχι τους αν πρόκειται για ζωικούς οργανισµούς.

50 Συσχέτιση εξέλιξης οργανισμών και χρόνου εξέλιξής τους

51 6. Ταξινόµηση των οργανισµών Η µελέτη της εξέλιξης των οργανισµών συνεπάγεται και τη σταδιακή κατάταξή τους σε οµάδες που παρουσιάζουν κοινά χαρακτηριστικά. Όσο πιο λεπτοµερής είναι η µελέτη, τόσο µεγαλύτερες ή µικρότερες διαφορές και οµοιότητες δικρίνονται µεταξύ των οργανισµών. Η γνώση µας σήµερα για τους υπάρχοντες οργανισµούς είναι αρκετά πλήρης, όχι όµως ολοκληρωτική. Υπολογίζεται ότι πάνω στη γη ζουν περίπου διαφοοετικοί οργανισµοί, ενώ θα πρέπει να υπάρχει ένας σηµαντικός ακόµη αριθµός οργανισµών που δεν έχει µελετηθεί, Καθηµερινά νέοι οργανισµοί ανακαλύπτονται από τους επιστήµονες σε διάφορα σηµεία της γης.

52 Από την υπάρχουσα ποικιλία των οργανισµών είναι αντιληπτό ότι νωρίς δηµιουργήθηκε η ανάγκη για την κατάταξή τους σε διάφορες µεγαλύτερες η µικρότερες οµάδες. Δύο είναι οι µεγάλες κατηγορίες οργανισµών που ζουν σήµερα πάνω στη γη. Οι δύο αυτές κατηγορίες δικρίνονται µεταξύ τους από την εσωτερική οργάνωσή τους. προκαρυωτικοί οργανισμοί ευκαρυωτικοί οργανισµοί Διακρίνονται από την απλότητα των κυτταρικών δοµών των προκαρυωτικών κυττάρων και την πολυπλοκότητα των ευκαρυωτικών κυττάρων.

53 Εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των διαφόρων οργανισμών που ζουν σήμερα

54 Η προέλευση όλων αυτών των οργανισµών ανάγεται στις πρωτοβιοτικές µορφές που πρέπει να εµφανίστηκαν πριν από 3,5 δισεκατοµµύρια έτη. Τρεις πρέπει να ήταν οι συνιστώσες που οδήγησαν στην εµφάνιση των πρωτοβιοτικών µορφών. Αρχικά, θα πρέπει να εµφανίστηκαν τα πρώτα µόρια νουκλεϊνιπών οξέων που ήταν σε θέση να αυτοπολλαπλασιάζονται µε ταίριασµα βάσεων. Στην αρχή ίσως να ήταν µόρια RNA και σταδιακά να µετατράπηκαν σε µόρια DNA.

55 Στη συνέχεια θα πρέπει να αναπτύχθηκε ένας µηχανισµός για το σχηµατισµό ενός πρωτεϊνικού µορίου από τα µόρια RNA και τελικά µια µεµβράνη λιπιδιακής υφής να περιέβαλε το συγκρότηµα το RΝΑ και των ποωτεϊνών σχηµατίζοντας τις πρώτες βιοτικές δοµές. Από τότε µεχρι τη στιγµή που εµφανίστηκε ο πρώτος οργανισµός πραγµατικά ικανός να επιτελεί τις διάφορες λειτουργίες που χαρακτηρίζουν τους ζωντανους οργανισµούς θα πρέπει να πέρασε µεγάλο χρονικό διάστηµα από το οποίο όµως δεν απέχουµε πολύ

56 Αν συγκρίνουµε το υποθετικό αυτό σχήµα της εµφάνισης των πρώτων βιοτικών µορφών µε τα πλέον απλά σηµερινά ζωντανα κύτταρα, τα µυκοπλάσµατα, θα δούµε ότι εξελικτικά δεν είμαστε πολύ μακριά. Αυτοί οι οργανισμοί είναι πολύ απλοί, διαθέτουν DNA ως γενετικό υλικό και ένα περιεχόμενο πληροφοριών για περίπου 750 πρωτεϊνες. Η βασική διαφορά τους με τις πρώτες βιοτικές μορφές ίσως να είναι μόνο το ότι διαθέτουν DNA αντί του RNA που θα πρέπει να είχαν οι πρώτες βιοτικές μορφές.

57 Η αμέσως επόμενη από τα μυκοπλάσματα εξελικτική βαθμίδα οργανισμών είναι τα προκαρυωτικά βακτήρια. Έτσι, παρατηρούμε ότι υπάρχει μια σταδιακή μεταβίβαση από τους απλούστερους στους πιο πολύπλοκους οργανισμούς. Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί παρόλο που είναι απλοί στη δομή, διαθέτουν όμως τους μηχανισμούς για όλες τις βιοχημικές διαδικασίες όπως είναι η γλυκόλυση, η οξειδωτική φωσφορυλίωση, η φωτοσύνθεση, η πρωτεϊνοσύνθεση και ο διπλασιασμός του γενετικού τους υλικού.

58 Το επόμενο μεγάλο βήμα έγινε 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οι τότε γνωστοί προκαρυωτικοί οργανισμοί σταδιακά έγιναν πολυπλοκότεροι και τελικά έδωσαν γένεση στους πλέον πολύπλοκους οργανισμούς, τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Η πολυπλοκότητά τους δεν είναι μόνο λειτουργική, αλλά και δομική. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, με τη σειρά τους, ανάλογα με τη δομική και λειτουργική τους πολυπλοκότητα και εξέλιξη διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τους μονοκύτταρους και τους πολυκύτταρους οργανισμούς

59 Όσο μεταβαίνουμε από τους μονοκύτταρους προς τους πολυκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς τόσο αυξάνει η πολυπλοκότητά τους. Η πολυπλοκότητα αυτή εκδηλώνεται με τη βασική αρχή ότι κάθε κύτταρο σε ένα πολυκύτταρο σύστηµα επιτελεί µόνον ορισµένο αριθµό λειτουργιών που συµβάλλουν στην αρτιότερη έκφραση του συνόλου του οργανισµού.

60 Αυτό συνεπάγεται ότι σε κάθε κύτταρο επέρχεται ελεγχόµενος καταµερισµός εργασίας και όχι αυθαίρετος. Ο καταµερισµός, µε τη σειρά του, ανά πάσα στιγµη προσδιορίζει κυτταρική διαφοροποίηση και εξειδικευµένη γονιδιακή έκφραση. Η κορωνίδα της εξειδίκευσης αυτής γίνεται ορατή στους πολύπλοκους ζωικούς οργανισµούς όπου σταδιακά, ξεκινώντας από ένα πολυδύναµο εµβρυϊκό κύτταρο, καταλήγουµε σε ένα πολυκύτταρο σύστηµα το οποίο συνεχώς υφίσταται έλεγχο στην όλη του λειτουργικότητα. Η παρέκκλιση από το φυσιολογικό έλεγχο στο σύστηµα αυτό συνεπάγεται και το θάνατο του οργανισµού..