Să începem cu oul. Să privim la scheletul unui mamifer. Să
considerăm un liliac. Este un fapt nemaipomenit că găsim la el
toate oasele pe care le găsim şi la om. Doar proporţiile sunt
diferite. Mai ales 'degetele mâinilor' pe care liliacul le are mult
mărite şi le foloseşte ca bază pentru aripi. La cal, este un pic pe
dos, toate degetele de la picioare aproape au dispărut şi a rămas
unul singur, cel mijlociu, pe care merge. Calul merge în poante. La
vite au rămas doar două degete. La toate mamiferele a fost păstrată
ordinea elementelor scheletului. Am putea deduce de aici că toate
mamiferele au un strămoş comun. Studiindu-le mai atent, mamiferele
se împart în specii, care pot fi aranjate într-un arbore
genealogic. Şi, aceasta, doar pe baza diversificării lor. Dintr-o
ramură se pot desprinde două sau mai multe ramuri, dar două ramuri
nu se pot alătura, dând naştere la una singură. Acest lucru este
ilustrat cu prisosinţă dacă luăm în studiu genomul respectiv. Dar
asupra acestui lucru vom reveni, mai jos.
În fapt,
când priviţi mai general la viaţa de pe Pământ, veţi găsi
că aceasta este întru totul similară. Nu există mari
diferenţe ; există totuşi una. Se folosesc vreo cincizeci de
blocuri de construcţie biologică. Mă refer la moleculele organice.
Astfel, când eu folosesc cuvântul "organic", nu există vreo
implicaţie a originii biologice. Tot ceea ce înţeleg eu când spun
organic este o moleculă bazată pe carbon, care este mai complicată
decât CO sau CO2. Acum, se adevereşte, cu excepţii
triviale, că toate organismele de pe Pământ sunt alcătuite dintr-un
fel de molecule particulare, numite proteine şi care au, drept
catalizator, o enzimă care controlează viteza şi direcţia
procesului chimic al vieţii. Toate organismele de pe Pământ
folosesc un anumit fel de molecule, numite acizi nucleici, pentru a
codifica informaţia ereditară şi a o reproduce la următoarea
generaţie. Toate organismele de pe Pământ folosesc o carte de
coduri identică pentru traducerea limbajului acizilor nucleici în
limbajul proteinelor. Vor exista diferenţe clare, între mine, să
zicem şi un mucegai de mâl, deşi suntem în mod fundamental, extrem
de strâns legaţi. Învăţătura care decurge de aici este, să nu
judeci o carte doar după coperta sa. La nivel molecular noi suntem
în mod virtual identici. (Carl Sagan)
Astfel, cum ar zice un matematician, cele două forme, liliacul
şi omul sunt omoloage, sau şi mai la obiect, homomorfe (se pot
modifica fără a le rupe sau atinge în vreun fel). Adică se pot
transmite asemănări omoloage de la strămoşi pe cale genetică. Aripa
liliacului şi braţul omului sunt homomorfe. Nu acelaşi lucru se
poate face cu o aripă de liliac şi una de insectă, pentru că nu
există elemente corespondente. Într-un program pe calculator se pot
reproduce pe ecran modificări de forme, asemănătoare cu
distorsionarea unei foi de cauciuc pe care s-a desenat un schelet
anume. Se vor putea semnala succesiuni de forme care au păstrat
acelaşi cod genetic şi altele care nu-l păstrează. Este mai greu de
comparat formele adulte decât cele apărute în dezvoltarea
unui embrion. Fiecare animal are o istorie a dezvoltării (un
parcurs unic pe arborele genealogic). Începe ca un embrion şi prin
creşteri disproporţionate ale diferitelor părţi ale corpului ajunge
la forma adultului. Intervine aici un program de dezvoltare.
Evidenţa comparativă este recunoscută a fi întotdeauna chiar mai
convingătoare decât evidenţa fosilă.
Tot aşa cum scheletul vertebratului este invariant la toate
vertebratele, codul ADN este invariant pentru toate creaturile vii.
Genele individuale pot fi diferite. Adică toate creaturile vii
descind dintr-un singur strămoş. Întregul sistem de gene şi
proteine este acelaşi la toate formele de viaţă: primele forme de
viaţă (sfere de ADN, ARN, enzime şi proteine), viruşi, bacterii,
bacterii fotosintetice, fungi, plante şi animale, dacă mergem de la
cele mai puţin dezvoltate la cele mai dezvoltate. Iar pe această
scară s-a trecut de la diviziune celulară la sexul bacterian (acum
2.000 de milioane de ani) şi în cele din urmă la sexul
vertebratelor.
Ar fi greşit să spunem că
originea proteinelor şi a acizilor nucleici este identică cu cea de
la apariţia vieţii. Deja acizii nucleici se pot reproduce în
laborator. Se pot reproduce chiar schimbări proprii, pe baza unor
blocuri de construcţie moleculară din mediu, cu construcţie
plauzibilă. Este adevărat că în laborator este necesară şi o enzimă
pentru această reacţie. Dar această enzimă determină doar viteza,
nu şi direcţia unei reacţii chimice. Aşa că această enzimă ne va
arăta ceea ce se va întâmpla dacă decidem să aşteptăm suficient de
mult timp. Şi a existat în mod sigur suficient timp pentru
a apărea viaţa. (Carl Sagan)
Această mare durată de timp a fost asigurată de permanenţa
condiţiilor de mediu pe Pământ. A fost prilejuită de un Soare cu o
anumită energie, eliberată în mod constant şi invariabilă în timp,
multe miliarde de ani, de o distanţă optimă a Pământului faţă de
Soare şi de aportul moleculelor organice elementare din cosmos.
Dificultăţile multiple în calea apariţiei lozului câştigător,
întruchipată de apariţia vieţii inteligente, ne furnizează o
implicaţie şi pentru judecarea probabilităţii de întâlnire a vieţii
extraterestre. Dar un lucru este neîndoielnic în ceea ce priveşte
apariţia vieţii - putem spune ceva esenţial - să admitem că
blocurile de construcţie moleculară, prezente în toate vietăţile de
astăzi, provin din blocurile de construcţie moleculară de atunci.
Studiile spectroscopice astronomice au depistat deja moleculele de
HCN (acidul cianhidric) şi de CH3CN (acetonitril) în cel
puţin o cometă. Acestea sunt moleculele organice de care ne
interesăm, implicate şi în apariţia vieţii pe Pământ. Şi să nu
uităm apa, care conform studiilor bazate pe măsurătorile
spectroscopice din aceleaşi înregistrări astronomice, este foarte
abundentă. De asemenea metanul, CH4. Condiţii
asemănătoare, mai puţin apa, se pot găsi pe Iapetus şi Titan, doi
dintre sateliţii lui Saturn şi pe Phobos şi Deimos, sateliţii lui
Marte.
Să luăm în consideraţie o enzimă simplă, constituită doar din o
sută de aminoacizi, în care doar 20 sunt diferiţi. La aranjarea
acestui colier trebuie să luăm în seamă 20100
posibilităţi de asamblare. Este un număr mai mare decât cel al
particulelor elementare din întregul Univers. Dar dacă ne gândim că
o asamblare de acest fel se poate petrece în oceanul planetar, în
paralel, măcar la fiecare microsecundă, în cele două miliarde de
ani, cât i-au trebuit vieţii să apară pe Pământ, lucrul devine
verosimil. Argumentele contra acestei posibilităţi cu probabilitate
atât de mică au fost multe. Unul dintre ele, apropo de calculul
probabilităţilor, a fost următorul. Nu există o probabilitate mai
mare de apariţie a vieţii într-un ocean primitiv, decât pentru
asamblarea spontană a unui Boeing 747 la trecerea unui vârtej de
vânt peste un câmp de maşini stricate. De câte ori mă refer la
gene, cromozomi şi genetică, nu pot să nu-mi amintesc de pastorul
şi savantul Gregor Johann Mendel, ale cărui rezultate erau
criticate de regimul sovietic prin anii '60, drept propagandă
imperialistă. Şi, totuşi lumea a continuat . . . să mănânce
mazăre.
Dar să revenim la sex. Definit într-un mod mai larg, sexul este
o recombinare simplă a genelor de la mai mult decât o singură
sursă. Deoarece, în lumea vertebratelor, o astfel de recombinare de
gene este vitală în procesul de reproducere pe calea celulelor
reproductive mature, masculine şi feminine, noi separăm cu greutate
conceptul de sex de cel de reproducere.
Bacteriile se reproduc asexuat,
prin creşterea dimensiunii lor la dublu şi replicarea singurei lor
spirale de ADN şi apoi prin diviziune, ca o copie de ADN în fiecare
celulă nouă creată. În mod alternativ, ele pot înmuguri: o celulă
mică care conţine un set complet de forme de material genetic
parental, creşte în mod gradat, până la dimensiunea de adult, când
se divide la rândul ei. Sau pot împacheta ADN-ul sub forma unui
spor care supravieţuieşte în perioadele de uscăciune sau alte
condiţii potrivnice, germinând în perioadele favorabile.
(Lynn Margulis şi Dorion Sagan)
Fiinţele umane şi majoritatea plantelor şi animalelor pur şi
simplu nu pot face schimbări dramatice în aparenţa lor exterioară
sau metabolică la primirea de gene vizitatoare care codifică cel
mult doar câteva procente din proteinele lor. În final, la animale
şi plante, potenţialul genetic este decis de numărul enorm de
celule legate între ele şi operând simultan. Ele pot doar colabora
cu unele din genele lor în mod temporar, dar întâmpină mari
restricţii de la felul partenerilor lor sexuali.
Aşa că eu consider că la început a fost oul. Dar ce ou! Ceva de
felul unei celule cu nucleu şi cu cod genetic.
Dacă dorim să vedem cât de
apropiată este orice pereche de specii - să spunem, cât de aproape
este un arici de o maimuţă cu coadă - ideal ar fi să privim la
textele moleculare complete ale fiecărei gene din ambele specii şi
să comparăm fiecare fragment şi titlu, tot aşa cum un erudit
al bibliei poate compara două role de papirus sau de fragmente din
Isaia. Dar cere timp şi este scump. Proiectul Genomului Uman a
durat aproape zece ani, însemnând multe secole şi persoane. Deşi
acum ar fi posibil să atingem acelaşi rezultat într-o fracţiune din
timpul, cât ar fi cerut proiectul genomului ariciului, care este
încă o întreprindere mare şi costisitoare. Ca şi aselenizările lui
Apollo şi Large Hadron Collider (care a devenit operaţional când eu
scriam - scara gigantă a acestei strădanii internaţionale m-a
înlăcrimat
când am
vizitat-o), descifrarea completă a genomului uman este una din
acele realizări care mă fac mândru că sunt om. Sunt fericit că
proiectul genomului cimpanzeului a fost acum realizat cu succes ca
şi echivalentul său pentru diferite alte specii. Dacă ritmul actual
al progresului continuă, devreme va fi abordabilă economic şi
secvenţa genomului pentru fiecare din speciile a căror apropiere ca
veri noi am dori s-o măsurăm. Între timp, pentru cea mai mare parte
noi avem resursa să exemplificăm părţi particulare din genomii lor
şi aceasta lucrează destul de bine. (Richard Dawkins)
Dacă vom spune că există un procentaj de asemănare între două
specii ca veri, este ca şi cum am presupune că avem două versiuni
ale aceleaşi cărţi şi dorim să le comparăm. S-ar putea să fie
cartea lui Daniel şi dorim să comparăm versiunea canonică cu un
papirus antic, care a fost descoperit chiar acum într-o peşteră
ignorată de la Marea Moartă. Ce procentaj din capitolele celor două
cărţi sunt identice? Probabil că zero. Doar o singură diferenţă
dacă am găsi, între capitole, fraze, cuvinte sau litere, comparaţia
ar şchiopăta. Acelaşi lucru este valabil dacă noi comparăm ADN-ul
de la cele două specii. Dacă comparaţi cromozomii consideraţi în
întregime, procentajul comun este zero, este de ajuns doar şi o
mică diferenţă de-lungul cromozomilor.
La fel cum scheletul vertebratului este invariant la toate
vertebratele în timp ce oasele individuale diferă, tot aşa şi codul
ADN este invariant pentru toate vietăţile, deşi genele individuale
pot diferi. Este un fapt adevărat uimitor care arată că toate
vieţuitoarele descind dintr-un strămoş comun. Nu numai codul
genetic, dar întregul sistem genă/proteină răspunzător de mersul
vieţii, este acelaşi la toate animalele, plantele, fungi, bacterii
şi viruşi. Ceea ce variază este ceea ce este scris în cod, nu codul
însuşi. Acelaşi fel de arbore ierarhic, acelaşi arbore de familie,
etc.
Metoda cea mai nouă de măsurare a similitudinilor dintre o
pereche de gene potrivite de la specii diferite este şi cea mai
scumpă: se citeşte pur şi simplu secvenţa de litere din genele
însuşi, folosind aceleaşi metode folosite la Prospectul Genomului
Uman. Deşi este încă scump să compari genomul în întregime, se
poate abţine o aproximaţie bună comparând doar un singur eşantion
de gene, metodă care este din ce în ce mai folosită. Dacă
tehnologia genetică moleculară continuă să se dezvolte în ritmul
exponenţial prezent, pe la anul 2050, obţinerea secvenţei complete
a unui genom de la un animal va fi mai ieftină şi mai rapidă şi
aproape deloc mai problematică decât luarea temperaturii sau a
presiunii sângelui lui.
O altă metodă de considerare ar fi ceasul molecular. Dacă am
presupune că evoluţia ar fi adevărată şi că ea s-ar petrece la o
viteză destul de constantă de-lungul timpului geologic. Tot aşa cum
am putem folosi timpul de consumare al unei lumânări sau timpul de
golire al unui ceas cu apă, am putea să folosim şi ceasul molecular
ca un ceas de drept, căci acesta poate fi calibrat folosind
fosilele, care la rândul lor au fost datate cu ceasul radioactiv.
In acest fel ceasul molecular ar putea fi folosit acolo unde
probele fosile lipsesc. De exemplu pentru vieţuitoare care nu au
avut schelet tare şi rareori au fosilizat. Ceasul molecular se
evidenţiază. Dacă au loc modificări moleculare ele apar şi în
exterior prin modificări de formă. Multe fapte sugerează că există
procese evolutive cu ritmuri destul de diferite.
Balenele au fost mult timp o enigmă. Dispunând acum de evidenţa
genetică moleculară, probatoriul cu ceasul molecular arată că
balenele au ca veri mai apropiaţi pe hipopotami decât animalele cu
copita despicată şi sunt mult mai depărtate de peşti, din care se
trag toate mamiferele de uscat. Multe specii mai evoluate lipsesc,
pe acest parcurs. S-a trecut de la labe de mers la aripioare
înotătoare şi aplatizarea cozii către o coadă de balenă, care se
mişcă vertical (la peşti se mişcă lateral). Au respiraţie prin
plămâni şi nu prin branhii. Se hrănesc cu plancton (deci erbivore).
Adică discutăm de acele vertebrate care s-au întors în mare.
Bibliografie:
- Carl Sagan, DIVERSITATEA EXPERIENŢEI ŞTIINŢIFICE.
Traducere din limba engleză şi note de Harry Minţi. Editată de
Curtea Veche, Bucureşti, 2009.
- Lynn Margulis ;i Dorion Sagan, MICROCOSMOS. Four
Billion years of Microbial Evolution, University of California
Press,1997.
- Richard Dawkins, THE GREATEST SHOW ON EARTH,
Free Press, 2009.