Laida „Mokslo sriuba“ - ne pelno siekianti jaunų žmonių iniciatyva, kuriama bendradarbiaujant su Baltijos pažangių technologijų institutu, siekianti populiarinti mokslą visuomenėje. Šiame straipsnyje panagrinėsime, kaip evoliucija veikė žmogų praeityje ir kaip ji vyksta dabar, įskaitant kultūros įtaką ir svarbius mokslo atradimus, susijusius su evoliucijos supratimu.
Evoliucija - tai nuolatinis procesas, kurio metu keičiasi populiacijos savybės, remiantis išlikimo galimybėmis. Stipriausieji išlieka ir perduoda savo genus ateities kartoms. Šis procesas suformavo ir šiuolaikinį žmogų, tačiau evoliucija nesustojo. Evoliucija yra procesas, nulėmęs didžiulę gyvų organizmų įvairovę Žemėje. Dėl atsitiktinių mutacijų ir kitų biologinių procesų organizmuose vyksta genetiniai pokyčiai, o tuomet į darbą įsijungia natūralioji atranka. Organizmai, turintys naudingesnių pakitimų, išlieka ir susilaukia daugiau palikuonių.
Žemės amžiaus dilema ir geologijos mokslo raida
Žemė susiformavo prieš keturis su puse milijardo metų. Šis amžius sudaro apie trečdalį visatos amžiaus. Pirmosios tokios Žemės amžiaus vertės atsirado palyginti neseniai, 1955 metais, kai Manheteno projekto „Top Secret“ statusas buvo panaikintas ir mokslininkai, tyrę izotopus, galėjo skelbti savo rezultatus viešai. Turbūt būtų naivu manyti, jog iki izotopų atradimo žmonės nesvarstė apie Žemės amžių ar jos kilmę.
Biblijinės teorijos ir pirmieji mokslo abejonės
Senajame testamente teigiama, kad Adomas buvo sukurtas penktą dieną, po 2000 metų gimė Abraomas, kuris nugyveno dar apie 2000 metų, o tada gimė Kristus, tad pagal Bibliją, Žemė buvo sukurta 4004 metais prieš Kristų. Šie skaičiavimai geriausiai žinomi iš Džeimso Ussher (1581-1656) ir Džono Lightfoot (1602-1727) knygų. Biblijinės Žemės, arba dažnai dar vadinamos „jaunos Žemės“ teorija, moksle buvo gaji iki pat XX amžiaus (Didžiojoje Britanijoje iki XIX amžiaus pirmos pusės).
Žemės amžiaus dilema ir paties klausimo iškėlimas yra glaudžiai susijęs su geologijos mokslo atsiradimu ir vystymusi. Vienas pirmųjų mokslininkų, kvestionavusių biblinį Žemės amžių, buvo Robertas Hukas (1635-1703). Robertas Hukas, kaip daugelis to meto mokslininkų, domėjosi ir geologija. Garsiausiojoje knygoje „Micrographia“ Hukas pateikė fosilijų piešinius. Jo nuomone, fosilijos buvo vienareikšmis įrodymas, kad Žemėje vyko masiniai gyvybės išmirimai. Nors Hukas manė, jog Žemė yra senesnė nei teigiama Biblijoje, jis norėjo susieti randamų fosilijų liekanas su įvairiomis katastrofomis, pagonybę menančiomis istorijomis bei mitais iš antikos. Tad Žemės amžius liko kelių tūkstančių metų ribose.
Geologijos principų formavimas ir uniformitarizmas
Panašiu metu Danijoje anatomas ir geologas Nikolas Steno (1638-1686), suformulavęs pagrindinius stratigrafijos principus, priėjo prie panašių išvadų kaip Hukas. Steno idėjas toliau vystė šiuolaikinės taksonomijos pradininkas Karlas Linėjus (1707-1778). Anot jo, Biblijoje aprašomas potvynis negalėjo trukti pakankamai ilgai, kad galėtų paaiškinti visą fosilijų įvairovę. Linėjaus nuomone, pradžioje visa Žemė buvo padengta vandeniu, kuris po truputį atsitraukinėjo ir suformavo sausumas su sluoksniais, kuriuose randamos jūros gyvūnų fosilijos. Anksčiau minėti bei daugybės kitų tyrėjų pastebėjimai, nors iš dalies ir skyrėsi, visgi priėjo prie panašių išvadų: Žemė, ar atskiros jos dalys, kažkuriuo laikotarpiu buvo užlietos jūrų.
Šias idėjas XVIII-XIX amžių sandūroje apibendrino vokietis Abraomas Verneris (1749-1817). Pagrindinė jo skelbta idėja buvo, jog visa pluta susidarė pamažu, mineralams susiformuojant iš vandens. Pagal Vernerį Žemė pradžioje buvo apsemta biblinio tvano, tad ši geologijos mokykla tapo plačiai žinoma kaip neptūnistų. Tam tikru laikotarpiu susidariusios uolienos atspindėjo pasaulinio vandenyno gylį, cheminę sudėtį bei kitas sąlygas toje vietoje. Ja remiantis buvo galima paaiškinti, kodėl skirtingos fosilijos randamos skirtinguose gyliuose, bet tos pačios fosilijos randamos skirtingose pasaulio vietose.
Pirmieji bandymai matematiniais ir fizikiniais modeliais apskaičiuoti Žemės amžių buvo atlikti XVIII amžiuje. Prancūzijoje Žoržas de Biufonas (1707-1788) savo laboratorijoje atlikinėjo eilę eksperimentų, kurių metu jis kaitino įvairaus dydžio geležinius rutulius iki lydymosi ribos ir stebėjo, kiek laiko trunka jų atvėsimas. Perskaičiavus gautus rezultatus iki Žemės dydžio, Biufonas gavo 75 000 metų amžių, nors jis pats savo knygoje „Les Époques“ abejojo šio skaičiavimo tikslumu ir manė, Žemė yra mažiausiai trijų milijonų metų senumo. Kitas garsus prancūzų mokslininkas Žanas Baptistas Furjė (1768-1830) apskaičiavo 100 milijonų metų Žemės amžių.
Džeimsas Hutonas (1726-1797) buvo kone pirmasis matęs Žemę kaip vientisą darnią sistemą, bei dažnai ją vadino „mechanizmu“ ar „mašina“. Pagrindinė Hutono idėja buvo tai, kad paaiškinti, kaip Žemė atrodo dabar, bibliniai potvyniai, galingi žemės drebėjimai ar panašios katastrofos nėra reikalingos. Jis manė, jog ilgai trunkantys palaipsniui vykstantys procesai paaiškina geologinę įvairovę. Hutono teorija, sakanti, kad palaipsniui vykstantys procesai, veikiantys ilgus laikotarpius, gali paaiškinti kalnų kilimą iš vandenynų dugno, kurie po truputį yra ardomi erozijos ir nusodinami į vandenyno dugną, taip tapdami medžiaga, iš kurios susidarys nauji kalnai, tapo žinoma kaip uniformitarizmas. Hutonas nebandė apskaičiuoti, kiek laiko šie procesai trunka - anot jo: „iš žmogaus perspektyvos, šis pasaulis neturi nei pradžios, nei pabaigos“.
Džeimso Hutono mirtis sutapo su vieno aršiausių jo pasekėjo, taip pat škoto, Čarlzo Lailo (1797-1875) gimimu. Lailas 1830-1833 metais išleido „Geologijos pagrindų“ tris tomus. Vienas svarbiausių Lailo darbo rezultatų - Hutono idėjų išpopuliarinimas. Lailo knyga, atsiradusi Darvino rankose kelionės aplink pasaulį metu, pakeitė Darvino požiūrį į geologiją. Darvinui grįžus, jie tapo kolegos ir bičiuliai.
| Mokslininkas / Šaltinis | Gyvenimo laikotarpis | Teoriškai nustatytas Žemės amžius / Svarbiausia idėja |
|---|---|---|
| Biblija (Ussher/Lightfoot) | XVII a. | Žemė sukurta 4004 m. pr. Kr. (jauna Žemė) |
| Robertas Hukas | 1635-1703 | Žemė senesnė nei teigiama Biblijoje (tūkstančių metų ribose); fosilijos - masinių išmirimų įrodymai |
| Nikolas Steno | 1638-1686 | Stratigrafijos principai; uolienų sluoksniai susidarė biblinių potvynių metu |
| Karlas Linėjus | 1707-1778 | Biblinis potvynis negalėjo paaiškinti visos fosilijų įvairovės |
| Abraomas Verneris | 1749-1817 | Neptūnizmas: visa pluta susidarė mineralams susiformuojant iš vandens |
| Žoržas de Biufonas | 1707-1788 | 75 000 metų (vėliau manė >3 mln. metų); Žemės vėsimo modelis |
| Žanas Baptistas Furjė | 1768-1830 | 100 milijonų metų (pagal šilumos perdavimą) |
| Džeimsas Hutonas | 1726-1797 | Uniformitarizmas: Žemė neturi nei pradžios, nei pabaigos, procesai veikia lėtai ir nuolat |
| Čarlzas Lailas | 1797-1875 | Populiarino uniformitarizmo idėjas; uolienų sluoksnių klasifikacija |
Gyvybės atsiradimo hipotezės
Gyvybė Žemėje pasirodė seniau nei prieš 3,5 milijardus metų. Norint tinkamai įvertinti šį stebuklą, reikia susipažinti su šiuolaikinėmis teorijomis, aprašančiomis įvairius gyvybės atsiradimo variantus ir etapus.
Panspermijos teorija
Hipotezė apie gyvybės atnešimą į Žemę iš kitų kosminių kūnų turi daug autoritetingų šalininkų. Tačiau kuo labiau mokslininkai gilinosi į klausimą, tuo daugiau niuansų paaiškėja. Taigi dabar kur kas rimčiau vertiname gyvų organizmų galimybes ištverti radiaciją ir šaltį, vandens nebuvimą ir kitas buvimo atvirame kosmose „grožybes“. Asteroiduose ir kometose, tolimose dujų ir dulkių sankaupose ir protoplanetiniuose debesyse nuolat randami įvairiausi organiniai junginiai.
Visa panspermijos teorija, nežiūrint jos patrauklumo, tik perneša gyvybės atsiradimo klausimą į kitą vietą ir kitą laiką. Kaip bebūtų atsidūrę pirmieji organizmai Žemėje - atsitiktiniu asteroidu ar pagal gudrų nežemiškos civilizacijos ateivių planą, jie turėjo kažkur kažkaip atsirasti.
Kometos ir gyvybės kilmė
Abiogenezė ir RNR pasaulio hipotezė
Abiogeninio gyvybės atsiradimo iš „organinio buljono“ hipotezę, kurią patikrino Milerio ir Urėjaus eksperimentai, iškėlė sovietų biochemikas Aleksandras Oparinas. Pagrindine problema lieka sąlygos, kuriomis „vandens ir anglies šovinizmas“ gali išsivystyti į gana įmantrius cheminius kompleksus, gebančius replikuotis. Pagal vieną hipotezę, pirminė molekulių organizacija galėjo vykti molingų mineralų mikroporose, atlikusių struktūrinį vaidmenį. Polimerinių molekulių augimo „matricomis“ galėjo pasitarnauti kristalinių mineralų paviršiai. Pirminiams „medžiagų mainams“ energiją galėjo tiekti neorganinės reakcijos.
Jauna Žemė nebuvo apsaugota nuo kenksmingų Saulės spinduliavimo komponentų. Iš čia kilo hipotezė, kad gyvybės kūrimosi epochoje visą Žemę galėjo dengti šimtų metrų storio ledas. Slėpdamasi po tokiu lediniu skydu, gyvybė galėjo jaustis saugi ir nuo ultravioletinių spindulių, ir nuo dažnų meteoritų smūgių.
XX a. antroje pusėje paaiškėjo, kad vandenynų dugnas niekaip negali būti viduramžiškų monstrų priebėga, tačiau netoli nuo geoterminių šaltinių žiočių, gyvybė klesti. Juodieji vandenyno rūkaliai - gan turtingos ir savarankiškos ekosistemos: jose besimaitinančios bakterijos naudoja geležies ir sieros reakcijas. O vienas iš žinomų šios paradoksalios užduoties sprendimų yra „RNR pasaulio“ hipotezė.
Deguonies revoliucija ir ląstelių evoliucija
Prieš 2,5 milijardo metų gyvybės raidą transformavo du įvykiai: atmosferoje atsirado daug deguonies ir branduolio neturinčios ląstelės pradėjo jungtis į vieną tam, kad jį panaudotų. Tai pagreitino medžiagų apykaitą ir lėmė ląstelių organelių, kurios lemia kvėpavimą deguonimi, susidarymą, bei sudėtingesnių, daugialąsčių organizmų vystymąsi.
Prieš 3 milijardus metų Žemės atmosfera nebuvo tokia jauki ir patogi vieta mums, aerobiniams (deguonimi besinaudojantiems) organizmams - joje beveik nebuvo deguonies, o pagrindinės dujos buvo anglies dioksidas, vandens garai, azotas, truputis metano, azoto bei dar keletas pavienių molekulių. Maždaug prieš 2,5 milijardų metų prokariotai pradėjo fotosintetinti, ir šio proceso metu, kaip šalutinis produktas susidarė dujos - deguonis. Dauguma tuo metu gyvenusių vienaląsčių neturėjo apsaugos nuo oksidacijos, todėl pražuvo. Šis įvykis žinomas kaip Didysis Deguonies Įvykis.
Tuo laikotarpiu, vienai bakterijai apgaubus kitą, tarp jų susiformavo simbiotinis ryšys - vidinė bakterija teikė sistemai energiją per aerobinį kvėpavimą, o išorinė ląstelė - apsaugą ir maistines medžiagas. Tokia specializacija ženkliai padidino ląstelių efektyvumą - ypač energijos gamybos atžvilgiu. Mitochondrijos itin svarbios mūsų, žmonių, bei kitų gyvūnų evoliucijai. Šio proceso teorijos pavadinimas - endosimbiozė.
Amerikiečių biologė Lynn Margulis sugebėjo įminti vieną didžiausių evoliucijos mįslių, įrodydama, kad sudėtingos ląstelės yra abipusiškai naudingų ryšių tarp paprastesnių ląstelių rezultatas. Jos dalys, pavyzdžiui, fotosintezę vykdančios chloroplastai, yra kadaise savarankiškai gyvavę bakteriniai organizmai. Iš pradžių mokslininkų bendruomenė šią teoriją pasitiko su pajuoka, tačiau ilgainiui susikaupus įrodymams, L. Margulis endosimbiozės teorija buvo visuotinai pripažinta evoliucine doktrina.
Per daugelį metų deguonies kiekis atmosferoje kito ir kartu keitė gyvybę Žemėje: nuo masinio išnykimo dėl deguonies atsiradimo iki vėlesnių masinių išnykimų dėl jo trūkumo, sukelto ugnikalnių išsiveržimų bei asteroidų smūgių. Dėl deguonies kito ir organizmų struktūra - atsirado mitochondrijos, vėliau celiuliozės ląstelės, iš kurių susideda medžiai, raumenų ląstelės, leidžiančios judėti gyvūnams. Deguonies kelias parodo, kokia nepakeičiama evoliucijos dalis yra bendradarbiavimas - ar endosimbiozės, ar medžiagų apykaitos būdu, tarp deguonį vartojančių bei deguonį išmetančių organizmų.
Žmogaus evoliucijos kelias
XX a. moksliniais tyrimais įrodyta, kad žmonijos istorija prasidėjo prieš maždaug keturis milijonus metų rytinėje Afrikoje. Apie pirmuosius žmonių protėvius žinome visų pirma iš jų išlikusių palaikų.
Nuo australopitekų iki Homo erectus
Vieni iš ankstyviausių žmonių protėvių, atsiradusių prieš maždaug 4 mln. metų, mokslininkų buvo pavadinti australopitekais. Jie buvo žemo ūgio ir maitinosi daugiausia augalais. Australopitekai jau mokėjo vaikščioti ant dviejų kojų. Laisvas rankas buvo galima lavinti ir gaminti vis sudėtingesnius įrankius, o tai savo ruožtu ypač skatino smegenų vystymąsi. Manoma, kad australopitekai gebėjo artikuliuoti - skleisti tam tikrus garsus.
Maždaug prieš 2,5 mln. metų toje pačioje Afrikos dalyje pasirodė pirmoji žmogumi pavadinta mūsų protėvių rūšis - sumanusis žmogus (Homo habilis). Jis buvo pavadintas žmogumi, nes mokslininkai yra tikri, kad jis sugebėjo pasigaminti ir naudoti paprastus akmeninius įrankius.
Prieš maždaug 2 mln. metų Afrikoje pasirodė kita žmonių rūšis - stačiasis žmogus (Homo erectus). Šio stačiojo žmogaus ūgis siekė 170 cm ir apskritai jis jau buvo labai panašus į mus. Būtent stačiasis žmogus, kaip rodo moksliniai tyrimai, buvo pirmasis, kuris išmoko naudoti ugnį. Prisijaukinta ugnis tapo nepaprastai naudinga ir padėjo sukurti tvirtesnes žmonių bendrijas.
Kultūros ir kalbos įtaka evoliucijai
Didžiąją žmonijos istorijos dalį evoliuciją formavo genai. Geresnius genus turintis žmogus buvo stipresnis, atsparesnis ligoms ir sėkmingesnis medžiotojas. Tačiau Meino universiteto mokslininkai teigia, kad dabar pagrindinis evoliucijos variklis yra kultūra. Naujame tyrime mokslininkai rašo, kad kažkuriuo metu istorija ir kultūra tapo svarbesniu žmogaus evoliucijos formavimo faktoriumi nei DNR. Genus žmogus gauna iš dviejų žmonių - savo tėvų, tuo tarpu kultūros vienija didžiules žmonių grupes. Komunikacijų technologijos (ypač internetas), žmonių mobilumas ir naujos socialinės normos leidžia kultūrų bruožams plisti labai toli.
Kalbą galima laikyti universalia žmonijos evoliucijos adaptacija. Tokią mintį pagrindžia daugybės kalbų egzistavimas, jų panašus kompleksiškumas bei faktas, kad nėra nė vienos žmonių bendruomenės, kuri neturėtų kalbos. Taip pat svarbu paminėti ir kalbos svarbą formuojant asmeninius santykius, komunikuojant ir koordinuojant bendrus veiksmus. Jungtinės Tautos įvardija, jog pasaulyje šiuo metu yra 195 šalys, tačiau kalbų esama kelis kartus daugiau - apie 5-7 tūkstančius. Mūsų protėviai tarpusavyje mintis ir jausmus atskleisdavo gestais, veido išraiškomis bei emociniais sušukimais. Kalbos užuomazgas Homo sapiens sukūrė tik prieš maždaug 100 tūkstančių metų. Dėl genų mutacijų pasikeitė žmogaus gerklų struktūra ir tai leido aiškiau artikuliuoti.
Anot Lietuvių kalbos instituto direktorės, prof. Jolantos Zabarskaitės, kalba yra reikšminga žmogaus tapatybės - vienos iš esminių mūsų vertybių - dalis. Šiandien kalba gyvena globalizacijos aplinkoje ir vis labiau persikelia į skaitmenines technologijas, naująsias medijas. Lietuvių kalbai susiformuoti ir atsiskirti nuo kitų baltų kalbų prireikė labai daug laiko. Nors Lietuvos teritorijoje pirmieji gyventojai apsigyveno prieš maždaug 10 tūkstančių metų, lietuvių kalba atsiskyrė tik VI-VII amžiuje. Išskirtinė kalba reiškia išskirtinę tautą, išskirtinius žmones.