7. ΒΙΟλογία

7. ΒΙΟΛΟΓΙΑ

7.1.  Η ποικιλομορφία και η βιοχημική ενότητα των οργανισμών

Οι οργανισμοί που υπάρχουν επάνω στη Γη χαρακτηρίζονται από αμέτρητη ποικιλία μορφών, μεγέθους και ιδιαιτέρων γνωρισμάτων. Η ποικιλομορφία των οργανισμών οφείλεται στο ότι καθένας τους έχει την δική του βιολογική ταυτότητα, η οποία καθορίζεται κυρίως από την γενετική του σύσταση. Πίσω, όμως, από την μορφολογική ποικιλότητα των οργανισμών υπάρχουν ομοιότητες και κοινές βασικές βιοχημικές διαδικασίες:

α) οι πρωτεΐνες των διαφόρων οργανισμών συνθέτονται από 20 μόνο διαφορετικά αμινοξέα (σπάνια, υπάρχουν και μη τυπικά αμινοξέα [σεληνοκυστεΐνη, πυρρολυσίνη] που ενσωματώνονται ειδικά),

β) το DNA και το RNA – από τους ιούς μέχρι και τον άνθρωπο – δομούνται από τις ίδιες βασικές ουσίες,

γ) ο μηχανισμός της δράσης των ενζύμων και ο ρόλος του ΑΤΡ είναι κοινός για όλους τους οργανισμούς (η ενζυμική καταλυτική αρχή είναι κοινή, αλλά τα ένζυμα διαφέρουν σημαντικά σε δομή και εξειδίκευση),

δ) Ο μεταβολισμός των υδατανθράκων και λιπών, η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης και ο μηχανισμός αυτοδιπλασιασμού του DNA, γίνονται όμοια για όλους τους οργανισμούς με ελάχιστες παραλλαγές (οι βασικές μεταβολικές οδοί [γλυκόλυση, κύκλος Krebs, ATP] είναι κοινές, αλλά υπάρχουν σημαντικές παραλλαγές σε αρχαία βακτήρια και αρχαία αρχαιοβακτήρια).

Εύλογα, επομένως, προκύπτει το επόμενο ερώτημα: Μήπως οι κοινοί βιοχημικοί οργανισμοί είναι αποτέλεσμα της κοινής προέλευσης των οργανισμών; Άμεσα σχετικό, όμως, με αυτό είναι και το ακόλουθο ερώτημα: Πώς και κάτω από ποιες συνθήκες προήλθε η ζωή;

Επιστημονική απάντηση στο τελευταίο ερώτημα δεν υπάρχει, αλλά γίνονται μόνο υποθέσεις για το τι θα μπορούσε να συμβεί κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις και συνθήκες, επειδή δεν υπάρχουν άμεσες μαρτυρίες ή δεδομένα.

7.2.  Η προέλευση της ζωής – αβιογένεση

Το 1920 ο Ρώσος βιοχημικός Οπαρίν (Alexander Oparin) και σχεδόν συγχρόνως ο Άγγλος βιολόγος Χάλνταν (J. B. S. Haldane) διατύπωσαν την υπόθεση ότι:

α) η πρώτη ατμόσφαιρα της Γης ήταν, πιθανότατα, αναγωγική, είχε δηλ. ίχνη οξυγόνου ή καθόλου οξυγόνο και την αποτελούσαν απλά χημικά μόρια, τα πρόδομα μόρια, όπως μεθάνιο, νερό, αμμωνία και υδρογόνο (ήταν ασθενώς αναγωγική ή ουδέτερη, με CO₂, N₂, H₂O, όχι απαραίτητα πλούσια σε CH₄ και NH₃),

β) τα πρόδομα μόρια κάτω από την επίδραση της έντονης τότε υπεριώδους ακτινοβολίας της υψηλής θερμοκρασίας και των ηλεκτρικών εκκενώσεων της ατμόσφαιρας αντέδρασαν μεταξύ τους και σχημάτισαν πιο πολύπλοκα χημικά μόρια, τα δομικά μόρια, όπως τα αμινοξέα, οι αζωτούχες βάσεις (αδενίνη, θυμίνη κλπ.), διάφορα οργανικά οξέα (οξικό, πυροσταφυλικό κλπ.) κ.ά.,

γ) τα δομικά μόρια μέσα στις ζεστές τότε θάλασσες και κάτω από την πίεση των αδιάκοπα μεταβαλλόμενων φυσικών συνθηκών συνδυάστηκαν και αντέδρασαν μεταξύ τους σχηματίζοντας πολυπλοκότερα μόρια, τα μακρομόρια, όπως τις πρωτεΐνες, τα νουκλεΐκά οξέα, τα λιπίδια και τα σάκχαρα,

δ) τα μακρομόρια σχημάτισαν συσσωματώματα που αποτέλεσαν τα πρωτόγονα υποτυπώδη βιολογικά συστήματα, όπου εμφανίσθηκαν οι πρώτες τάσεις για διάταξη στο εξωτερικό της σφαίρας χημικών μακρομορίων (πρωτεϊνών λιπιδίων) που κατέληξαν στο σχηματισμό εξωτερικής μεμβράνης, ενώ άλλες πρωτεΐνες (ένζυμα) και τα νουκλεϊκά οξέα οργάνωσαν συστήματα μεταβολικά και αυτοδιπλασιασμού στο εσωτερικό του συσσωματώματος,

ε) η φυσική επιλογή, τέλος, οδήγησε τα βιολογικά αυτά συστήματα μέσα από «δοκιμές» και εξελικτικές διαδικασίες στα πρώτα ετερότροφα προκαρυωτικά κύτταρα – είναι η φάση της βιογένεσης, η λιγότερο κατανοητή και μελετημένη, όπου ένα μη βιολογικό σύστημα (συσσωμάτωμα βιομορίων) μεταπηδά σε ένα ζωντανό σύστημα που έχει τις ιδιότητες να αυτοοργανώνεται, να αυτοαναπαράγεται και να αυτορρυθμίζει την συμπεριφορά του ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Το 1953 ο Αμερικανός χημικός Μίλλερ (Stanley Miller) πειραματίσθηκε χρησιμοποιώντας πρόδομα μόρια της πρωτο-ατμόσφαιρας σε θερμοκρασία 80^οC υπό την επίδραση ενέργειας ηλεκτρικών σπινθήρων και κατάφερε να σχηματίσει μερικά οργανικά μόρια, όπως οξέα, αμινοξέα κ.ά. Ακολούθησαν παρόμοια πειράματα και από άλλους ερευνητές που οδήγησαν στον σχηματισμό όλων σχεδόν των οργανικών μορίων αβιογενετικά, κυρίως αμινοξέα και οργανικά οξέα, όχι νουκλεοτίδια ή λιπίδια σε πλήρη μορφή, Παράλληλα, από αναλύσεις υλικών των μετεωριτών, δειγμάτων σεληνιακών πετρωμάτων και από ραδιοφασματοσκοπικές αναλύσεις του διαστρικού χώρου διαπιστώθηκε η παρουσία οργανικών μορίων και εκτός της Γης (έχουν βρεθεί αμινοξέα, πολυκυκλικοί υδρογονάνθρακες και απλά σάκχαρα σε μετεωρίτες και νεφελώματα). Επομένως, με βάση όλα αυτά μπορούμε να υποθέσουμε ότι είναι δυνατή η γένεση βιομορίων οπουδήποτε μέσα στο σύμπαν υπάρχουν οι κατάλληλες προϋποθέσεις. Η μετάβαση, όμως, από χημικό σύστημα σε ζωντανό οργανισμό παραμένει άγνωστη και είναι το πιο αδύναμο σημείο αυτής της θεωρίας.

7.3.   Η προέλευση των κυττάρων

Τα πρωτοκύτταρα, τα οποία τρέφονταν από τα οργανικά μόρια, ήταν ετερότροφα, σύμφωνα με μία από τις θεωρίες (υπάρχει και η εξίσου πιθανή υπόθεση των χημειοαυτότροφων στις υδροθερμικές πηγές), και αναερόβια, αλλά με το πέρασμα του χρόνου άλλαζαν οι συνθήκες και με την συνεχή κατανάλωση των βιομορίων δημιουργήθηκε κάποτε πρόβλημα επιβίωσης λόγω έλλειψης τροφής. Όσα πρωτοκύτταρα βρέθηκαν τυχαία να έχουν την ικανότητα να χρησιμοποιούν απλούστερα μόρια, π.χ. διοξείδιο του άνθρακα και ηλιακή ενέργεια για την συντήρησή τους, αυτά ευνοήθηκαν, επέζησαν και επεκράτησαν. Έτσι, εμφανίσθηκαν στη Γη τα πρώτα αυτότροφα κύτταρα πριν 3 δισεκ. χρόνια περίπου, καθώς βρέθηκε βακτήριο ηλικίας 3-3,5 δισεκ. ετών.

Τα φωτοσυνθετικά αυτά κύτταρα ίσως να χρησιμοποιούσαν H₂S αντί Η₂Ο ως πηγή υδρογόνου (η οξυγονογενής φωτοσύνθεση εμφανίσθηκε αργότερα, από τα κυανοβακτήρια), όπως συμβαίνει και με τα σημερινά θειοβακτήρια:       CO₂ + 2H₂S → [CH₂O] + H₂O + 2S   (εδώ δεν απελευθερώνεται οξυγόνο, όπως στην φωτοσύνθεση σήμερα: CO₂ + 2H₂Ο → [CH₂O] + H₂O + Ο₂). Η εμφάνιση των φωτοσυνθετικών οργανισμών που ελευθερώνουν οξυγόνο άλλαξε τότε τον χαρακτήρα της ατμόσφαιρας και ώθησε την ζωή σε πολυπλοκότερη και υψηλότερη οργάνωση. Η ατμόσφαιρα από αναγωγική γίνεται τώρα οξειδωτική και οι οργανισμοί από μονοκύτταροι προκαρυωτικοί εξελίσσονται σε πολυπλοκότερους ευκαρυωτικούς. Ο βαθμιαίος εμπλουτισμός της ατμόσφαιρας με Ο₂ μέσα από την φωτοσυνθετική διαδικασία φαίνεται και από το γεγονός ότι η οξειδωμένη μορφή του σιδήρου FeΟ₂ βρίσκεται σε πετρώματα της ίδιας ηλικίας με τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (600 εκατ. χρόνια), ενώ ο δισθενής σίδηρος FeΟ απαντάται σε πετρώματα πολύ προγενέστερα, όταν η ατμόσφαιρα ήταν φτωχή σε Ο₂.

Η πιο πιθανή διαδικασία προέλευσης των ευκαρυωτικών κυττάρων φαίνεται πως είναι μέσα από την συμβίωση με προκαρυωτικά κύτταρα. Είναι η θεωρία της ενδοσυμβίωσης, η οποία περιλαμβάνει δύο βασικά εξελικτικά γεγονότα:

α) κατάποση ενός αερόβιου προκαρυωτικού κυττάρου, το οποίο εγκαταστάθηκε μόνιμα στο εσωτερικό ενός άλλου κυττάρου και εξελίχθηκε σε μιτοχόνδριο. Το αποτέλεσμα αυτής της συμβιωτικής ένωσης θεωρείται ο πιθανός πρόγονος των ζώων, και γενικότερα όλων των ευκαρυωτικών οργανισμών που δεν φωτοσυνθέτουν,

β) συμβιωτική ένωση του πρώτου ευκαρυωτικού κυττάρου με ένα φωτοσυνθετικό προκαρυωτικό κύτταρο, παρόμοιο με τα σημερινά κυανοβακτήρια, το οποίο εξελίχθηκε σε χλωροπλάστη. Το αποτέλεσμα αυτής της δεύτερης ενδοσυμβιωτικής διαδικασίας θεωρείται ο πιθανός πρόγονος των φυτών, αλλά και των φυκοειδών οργανισμών.

Η ενδοσυμβίωση είναι θεμελιώδης για την εμφάνιση των ευκαρυωτικών κυττάρων:

Τα μιτοχόνδρια προήλθαν από αερόβια βακτήρια (πιθανότατα α-πρωτεοβακτήρια). Οι χλωροπλάστες προήλθαν από κυανοβακτήρια. Η πρώτη ενδοσυμβίωση (μιτοχόνδρια) συνέβη μία φορά στην ιστορία της ζωής. Η δεύτερη ενδοσυμβίωση (χλωροπλάστες) συνέβη, επίσης, μία φορά στους προγόνους των φυτών.

7.4.  Η εξέλιξη των οργανισμών

Η αβιοτική προέλευση των πρωτογήινων βιομορίων, η εξέλιξή τους σε πρωτοκυτταρικά βιολογικά συστήματα και η μετάβασή των τελευταίων σε ετερότροφα προκαρυωτικά κύτταρα είναι υποθέσεις χωρίς την δυνατότητα να τεκμηριωθούν επιστημονικά σε όλη τους την έκταση. Δεν συμβαίνει, όμως, το ίδιο όταν αναφερόμαστε στην εξέλιξη των ειδών, γιατί εκτός από τις απολιθωμένες μαρτυρίες, έχουμε και σύγχρονα περιστατικά δημιουργίας νέων ειδών με διαδικασίες φυσικές ή τεχνητές.

Από τον Αριστοτέλη ως και τους επιστήμονες του 19ου αι. επικρατούσε η άποψη για την αβιογενετική προέλευση της ζωής, σύμφωνα με την οποία οι οργανισμοί μπορούν να δημιουργηθούν αυτόματα και αβιογενετικά, από ανόργανα νεκρά υλικά. Ο Γάλλος χημικός/βιολόγος Παστέρ (Louis Pasteur), όμως, υποστήριξε πρώτος την αντίθετη άποψη, την βιογένεση, σύμφωνα με την οποία «η ζωή προέρχεται από ζωή» και κατέρριψε, λογικά και επιστημονικά, την δοξασία για την αβιογενετική προέλευση των σύγχρονων οργανισμών από νεκρή ύλη (δηλ. την αυθόρμητη γένεση σύγχρονων οργανισμών, όχι την αβιογένεση της αρχέγονης ζωής).

Έπειτα, ο Άγγλος φυσιοδίφης Δαρβίνος (Charles Darwin) με αφορμή τις παρατηρήσεις του μετά από ένα υπερπόντιο ταξίδι του σε όλη την υδρόγειο διατύπωσε συμπερασματικά το 1859 στο έργο του «Η καταγωγή των ειδών» την υπόθεση ότι τα είδη δεν μένουν σταθερά και αμετάβλητα, αλλά μεταβάλλονται στην διάρκεια μεγάλων χρονικών περιόδων (ερχόμενος σε αντίθεση με την αντίληψη για την σταθερότητα των ειδών που είχε διατυπώσει ο Λινναίος τον 18^ο αι.). Ο συλλογισμός του ήταν ο εξής:

α) οι οργανισμοί τείνουν να αυξηθούν από γενιά σε γενιά με γεωμετρική πρόοδο,

β) αν και τα άτομα κάθε είδους τείνουν να αυξηθούν, ο αριθμός τους παραμένει σχεδόν σταθερός σε κάθε γενιά,

γ) για να διατηρείται σταθερός ο αριθμός τους, πρέπει να γίνεται μεταξύ τους αγώνας για την επιβίωσή τους,

δ) άτομα του ιδίου είδους υπάρχουν διαφορές όχι μόνο μορφολογικές αλλά και διαφορές δυνατοτήτων επιβίωσης,

ε) έτσι μερικά άτομα του ιδίου είδους ευνοούνται περισσότερο στον αγώνα τους για επιβίωση παρά κάποια άλλα,

στ) καθώς με τον χρόνο συσσωρεύονται ευνοϊκά γνωρίσματα σε μερικά άτομα, αυτά γίνονται τόσο διαφορετικά από τα άλλα του αρχικού πληθυσμού, ώστε τελικά να αποτελούν ένα νέο είδος.

Ο Δαρβίνος ονόμασε ως φυσική επιλογή την αρχή της διατήρησης και επιβίωσης του καλύτερα προσαρμοσμένου (ευνοημένου) οργανισμού, ενώ σήμερα η υπόθεση αυτή έγινε πλέον θεωρία της φυσικής επιλογής χάρη στις επιβεβαιώσεις από παρατηρήσεις στην φύση αλλά και από πειράματα σε φυτά και ζώα για την δημιουργία βελτιωμένων ποικιλιών. (Ο όρος «επιβίωση του καλύτερα προσαρμοσμένου» δεν είναι του Δαρβίνου αλλά του Herbert Spencer).

Η σύγχρονη αντίληψη για την εξέλιξη των οργανισμών είναι μια συνθετική θεώρηση και ερμηνεία των διαδικασιών της εξέλιξης και περιλαμβάνει 3 παράγοντες εξέλιξης των οργανισμών:

α) τις μεταλλάξεις, γονιδιακές ή χρωμοσωμικές, που έχουν ως αποτέλεσμα την μεταβολή της συχνότητας κάποιου ή κάποιων γονιδίων μέσα σε ένα πληθυσμό και την εμφάνιση νέων χαρακτηριστικών μέσα στο είδος

(οι μεταλλάξεις όμως αν και αυξάνουν την γενετική ποικιλότητα προσφέροντας έτσι υλικό για την εξέλιξη, δεν μπορούν να καθορίσουν από μόνες τους και την κατεύθυνση της εξελικτικής πορείας, γιατί η κατεύθυνση καθορίζεται από επιλογή, γενετική παρέκκλιση, μεταναστεύσεις και ανασυνδυασμό),

β) την φυσική επιλογή, μια διαδικασία κατά την οποία τα μεταλλαγμένα γονίδια με τα νέα γνωρίσματα που δίνουν στον οργανισμό αξιολογούνται σύμφωνα με την χρησιμότητά τους: όσα ευνοούν την επιβίωση ατόμων που τα φέρουν, αυξάνουν την συχνότητά τους γιατί πληθαίνουν και τα άτομα, ενώ όσα δεν ευνοούν την επιβίωση ή είναι θνησιγόνα εξαφανίζονται μαζί με τους φορείς τους

(ο ρόλος της είναι να κατευθύνει την γενετική ποικιλότητα των μεταλλάξεων προς συγκεκριμένη εξελικτική πορεία με μόνο κριτήριο το κέρδος για την επιβίωση του οργανισμού),

γ) την γενετική δυναμική των πληθυσμών που καθορίζεται από τις γενετικές απομονώσεις, οι οποίες διαταράσσουν την φυσιολογική ανταλλαγή (ροή) γονιδίων και προκαλούν την μεταβολή της γονιδιακής συχνότητας μέσα σε έναν πληθυσμό (με αποτέλεσμα οι πληθυσμοί να γίνονται όλο και πιο διαφορετικοί με το πέρασμα το χρόνου, να δημιουργούν γενετικές ποικιλίες, υποείδη και τελικά νέα είδη, τα άτομα των οποίων είναι μεταξύ τους γόνιμα άλλα όχι και προς τα παλιά από τα οποία προήλθαν), όπως:

1) η γεωγραφική απομόνωση (σχηματισμός ηπείρων, νησιών, αλλαγή κλίματος, τεχνητές λίμνες κλπ.),

2) η οικολογική απομόνωση (ανταγωνισμός διαφόρων οργανισμών μέσα σε έναν βιότοπο, ερωτική προτίμηση κλπ.) και

3) η ασυμβατότητα αναπαραγωγής (ανατομικά ελαττώματα γεννητικών οργάνων, ασυμφωνία φυσιολογίας μητέρας και εμβρύου με αποτέλεσμα τον θάνατο του εμβρύου, μη σύμπτωση περιόδων οργασμού ή ωρίμανσης γαμετών σε πληθυσμούς του ιδίου είδους, αδυναμία συνδυασμού ένα προς ένα των γονιδίων με αποτέλεσμα την δημιουργία στείρων ατόμων).

Επίσης, υπάρχει και η πολυπλοειδία, κατά την οποία πολλά συγγενικά είδη στα ανώτερα φυτά, το 40% περίπου, έχουν προέλθει από φαινόμενα πολυπλοειδικά που είχαν συμβεί στο παρελθόν, π.χ. οι αριθμοί των χρωμοσωμάτων είναι στα είδη του σιταριού 14, 28, 42, της τριανταφυλλιάς 14, 42, 56, της βιολέτας 6, 12, … 54 κλπ. (Στα ζώα η πολυπλοειδία είναι σπάνια λόγω προβλημάτων στην ανάπτυξη.)

7.5.  Ενδείξεις και βιοχημικές αποδείξεις για την εξέλιξη των οργανισμών

Α. Ενδείξεις για την εξέλιξη των οργανισμών προκύπτουν από τα απολιθώματα, από τα οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε τις διάφορες μορφές εξέλιξης ενός οργανισμού, ανάλογα με τα γεωλογικά στρώματα στα οποία αυτές ανακαλύπτονται. Όλα τα στοιχεία δείχνουν ότι η ζωή προήλθε αρχικά από την θάλασσα, ενώ μετά από την εμφάνιση των φυτών στην ξηρά μερικοί ζωικοί οργανισμοί βγαίνουν και αυτοί στην ξηρά.

Εξάλλου, διάφορες ενδείξεις για την εξέλιξη των οργανισμών στηρίζονται:

α) στην φυλογένεση (την εξελικτική ιστορία ενός οργανισμού), που επιδιώκει την εύρεση των συγγενικών σχέσεων μεταξύ σημερινών οργανισμών και τον προσδιορισμό των κοινών προγονικών μορφών με απώτερο σκοπό την κατάληξη σε κάποιο πιθανό κοινό πρόγονο,

β) στην οντογένεση (τις διαδοχικές μορφές και καταστάσεις ενός οργανισμού από το ζυγωτό μέχρι την ολοκλήρωσή του), η οποία με τα δεδομένα της συγκριτικής εμβρυολογίας δίνει την δυνατότητα της αντιπαραβολής των εμβρύων διαφόρων οργανισμών στάδιο προς στάδιο ανάπτυξης (Η παλιά αρχή «η οντογένεση ανακεφαλαιώνει τη φυλογένεση» (Haeckel) δεν ισχύει, πλέον, με τη μορφή που είχε αρχικά προταθεί. Τα έμβρυα παρουσιάζουν ομοιότητες πρώιμων σταδίων, αλλά δεν «επαναλαμβάνουν» την εξελικτική ιστορία.),

γ) στα υπολειμματικά όργανα (υποπλασμένα όργανα με μειωμένη ή τροποποιημένη λειτουργία, π.χ. σκωληκοειδής απόφυση [έχει ανοσολογικό ρόλο], κόκκυγας ανθρώπου κτλ.), που παρέχουν πιθανότητες για προγονικές μορφές και συγγένειες μεταξύ οργανισμών διαφορετικών ειδών,

δ) στα ομόλογα όργανα (με κοινή φυλογενετική προέλευση και όμοια κατασκευή [αλλά διαφορετική εξελικτική προέλευση], π.χ. φτερό πτηνού, φάλαινας, νυχτερίδας, ποντικού κτλ.).

Β. Βιοχημικές αποδείξεις για την εξέλιξη των οργανισμών, μέσω των οποίων φαίνεται πιο καθαρά η βιοχημική τους συγγένεια προκύπτουν από τις ομοιότητες και τις διαφορές των πρωτεϊνών σε διαφορετικά είδη, οι οποίες όμως κάνουν την ίδια λειτουργία (ομόλογες πρωτεΐνες):

α) οι αιμοσφαιρίνες, που αποτελούνται από δύο διπλές αλυσίδες αμινοξέων τύπου α και β (η τύπου α είναι εντελώς όμοια στον άνθρωπο και τον χιμπατζή, ενώ διαφέρει κατά 1 αμινοξύ στον άνθρωπο και τον γορίλα),

β) τα κυτοχρώματα, που χρησιμεύουν για την μεταφορά ηλεκτρονίων κατά τις οξειδο-αναγωγικές αντιδράσεις στο κύτταρο [το κυτόχρωμα C διαφέρει κατά 1 αμινοξύ στον άνθρωπο και τον πίθηκο, κατά 11 στον άνθρωπο και τον σκύλο, κατά 45 στον άνθρωπο και την μαγιά (μύκητας) - σήμερα χρησιμοποιούνται, πλέον, ολόκληρα γονιδιώματα για τη σύγκριση ειδών, όχι μόνο μεμονωμένες πρωτεΐνες],

γ) η ινσουλίνη, που βρέθηκε ότι είναι σχεδόν όμοια στον σκύλο, το γουρούνι και την φάλαινα [η ινσουλίνη του χοίρου διαφέρει από την ανθρώπινη κατά 1 αμινοξύ, του σκύλου κατά 2, της φάλαινας κατά 3–4],

δ) ο γενετικός κώδικας DNA, το κοινό γενετικό «αλφάβητο», αποτελεί το ισχυρότερο στοιχείο που και από μόνο του ακόμα αρκεί για να μας πείσει ότι οι οργανισμοί έχουν κοινή ρίζα, βιοχημική ενότητα και διαδικασία εξέλιξης μέσω τροποποίησης του γενετικού υλικού των. Είναι πράγματι σχεδόν καθολικός, αλλά υπάρχουν μικρές παραλλαγές σε μιτοχόνδρια, ορισμένους ιούς και μερικούς μονοκύτταρους ευκαρυώτες.

Γ. Σχετικά με το ανθρώπινο γονιδίωμα έχουν βρεθεί τα ακόλουθα στοιχεία: 

α) το 1,5% κωδικοποιεί άμεσα πρωτεΐνες, 

β) το 10–20% έχει ρυθμιστικές (μικρές αλλαγές εδώ οδηγούν σε μεγάλες διαφορές σε εγκέφαλο, ανάπτυξη, συμπεριφορά) ή άλλες βιολογικές λειτουργίες, 

γ) το υπόλοιπο 80% δεν είναι «άχρηστο» αλλά περιλαμβάνει: επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, αρχαία ιικά στοιχεία, τμήματα με άγνωστη ή αμφισβητούμενη λειτουργία, περιοχές που ίσως έχουν ρόλο στη δομή της χρωματίνης (η τρισδιάστατη δομή του DNA επηρεάζει την έκφραση γονιδίων). Στα μη κωδικοποιητικά RNA πολλά από αυτά είναι μοναδικά στους ανθρώπους και σχετίζονται με τον εγκέφαλο.

Δ. Σχετικά με το υπόλοιπα γονιδιώματα ζώων-φυτών έχουν βρεθεί τα ακόλουθα στοιχεία: 

α) Τα θηλαστικά έχουν παρόμοια βασική δομή γονιδιώματος με το ανθρώπινο,

β) Τα πτηνά έχουν πιο συμπαγή γονιδιώματα,

γ) Τα ψάρια έχουν συχνά διπλασιασμένα γονιδιώματα,

δ) Τα φυτά έχουν τεράστια ποικιλία σε μέγεθος DNA.

Το μέγεθος του γονιδιώματος δεν σχετίζεται με την πολυπλοκότητα (γνωστό ως C-value paradox).

Ε. Επομένως, μόνο το 1-2% του γονιδιώματος του ανθρώπου φαίνεται να είναι αποκλειστικά ανθρώπινο και περιλαμβάνει κρίσιμες ρυθμιστικές αλληλουχίες που επηρεάζουν κυρίως τα εξής: 

ανάπτυξη εγκεφάλου, λόγο και γλώσσα, κοινωνική συμπεριφορά.

Οι ομοιότητες δεν σημαίνουν ότι ο άνθρωπος «μοιάζει» με αυτά τα είδη, αλλά ότι μοιράζεται κοινή εξελικτική ιστορία, καθώς μοιάζει ή διαφέρει από αυτά στα εξής:

α) χιμπατζής: ομοιότητα ~98–99% στα γονίδια / διαφορά ~10–15% στις ρυθμιστικές περιοχές, ενώ ακόμη μεγαλύτερη είναι στις επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες) ,

β) ποντίκι: ομοιότητα ~85% (τα περισσότερα βασικά γονίδια είναι κοινά, παρά τη μεγάλη μορφολογική διαφορά),

γ) σκύλος: ομοιότητα ~84% (πολλά κοινά γονίδια για ανοσοποιητικό, ανάπτυξη και μεταβολισμό),

δ) αγελάδα: ομοιότητα ~80%,

ε) ψάρι ζέβρα (zebrafish): ομοιότητα ~70%,

στ) κότα: ομοιότητα ~60%,

ζ) μύγα δροσόφυλλα (drosophila): ομοιότητα ~60% (εντυπωσιακό για έναν οργανισμό τόσο διαφορετικό),

η) φυτό αραβίδοψη (arabidopsis): ομοιότητα ~20–25%.  

Ο άνθρωπος και τα ζώα μοιράζονται βασικά γονίδια ακόμη και με τα φυτά για τον κυτταρικό κύκλο και τον μεταβολισμό τους. (Η προσωπικότητα έχει κληρονομικότητα περίπου 40–60%. Η ψυχολογική υγεία επηρεάζεται από γονίδια, αλλά δεν καθορίζεται από αυτά. Οι εμπειρίες, οι σχέσεις, η κουλτούρα και οι επιλογές μας έχουν τεράστια επίδραση. Τα γονίδια βάζουν το “πλαίσιο”, αλλά η ζωή γράφει την ιστορία.)

ΣΤ. Η ζωή χρειάζεται ένα σταθερό αποθηκευτικό μέσο (DNA) και ένα ευέλικτο λειτουργικό μέσο (πρωτεΐνες). Το DNA είναι σταθερό, οι πρωτεΐνες είναι δυναμικές. Η ζωή «επένδυσε» στις πρωτεΐνες ως το βασικό εργαλείο λειτουργίας.

Η ζωή στη Γη χρησιμοποιεί 20 βασικά αμινοξέα (πιθανότατα ξεκίνησε με 4–8 αμινοξέα και επεκτάθηκε σταδιακά). Ο κώδικας είναι προϊόν εξέλιξης, φυσικής επιλογής και χημικής λογικής, όχι τυχαίας δημιουργίας. Οι προσομοιώσεις σε υπολογιστές δείχνουν ότι ο πραγματικός κώδικας είναι από τους «βέλτιστους» δυνατούς (από το 99,999% των τυχαίων κωδίκων), καθώς βρίσκεται στο κορυφαίο 0,01% – 0,1% των πιο ανθεκτικών κωδίκων σε λάθη μετάλλαξης.

Αν δημιουργείτο τυχαία ένας γενετικός κώδικας, η πιθανότητα να πετύχει έναν τόσο καλό όσο ο πραγματικός είναι 1 στο 1 εκατομμύριο ή και λιγότερο. Ο κώδικας προέκυψε σταδιακά, καθώς τα πρώτα μόρια RNA–αμινοξέων «έδεναν» πιο σταθερά σε συγκεκριμένους συνδυασμούς. Υπάρχουν μικρές παραλλαγές του γενετικού κώδικα σε μερικούς οργανισμούς (μιτοχόνδρια, ορισμένα βακτήρια).

Αυτό δείχνει ότι ο κώδικας εξελίχθηκε, δεν εμφανίσθηκε έτοιμος. Αν ήταν τυχαίος και «μοναδικός», δεν θα υπήρχαν παραλλαγές. Η εξέλιξη και η φυσική επιλογή είχαν πολύ χρόνο να βελτιστοποιήσουν ένα αρχικά απλό σύστημα. Έγινε εξαιρετικά ανθεκτικός σε λάθη και «πάγωσε» όταν έγινε αρκετά πολύπλοκος για να αλλάξει.

7.6.  Το μυστήριο της έναρξης της ζωής στη Γη

Το κοινό γενετικό «αλφάβητο», λοιπόν, ο ένας μοναδικός γενετικός κώδικας DNA  αποδεικνύει ότι όλοι οι οργανισμοί πρέπει να προήλθαν από μία αρχική μορφή ζωής! Δεν είναι απόλυτα μοναδικός, καθώς υπάρχουν γνωστές παραλλαγές του, ωστόσο η σχεδόν καθολική χρήση του αποτελεί ισχυρότατη ένδειξη κοινής καταγωγής. Δεν θα ήταν, όμως, καθόλου παράλογο να υπήρχαν και περισσότερα από ένα DNA σε ολόκληρο τον πλανήτη, αλλά αυτό δεν συμβαίνει για τα συνολικά 1.443.445 είδη ζωντανών οργανισμών που υπάρχουν σήμερα (από τα οποία τα 1.043.150 ανήκουν στο ζωικό βασίλειο).

Οι πρώτες μορφές ζωής επάνω στη Γη, σύμφωνα με τους επιστήμονες, πρέπει να εμφανίσθηκαν πριν από 3,8 έως 4,1 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. Υπάρχουν τέτοιες ενδείξεις ζωής από ισότοπα άνθρακα και μικροαπολιθώματα. Πριν από αυτή την εποχή και έως τα περίπου 4,5 δισεκ. χρόνια, εποχή της δημιουργίας της Γης (που υπολογίσθηκε από την αναλογία ουρανίου και μολύβδου στα πετρώματά της),  οι συνθήκες δεν ευνοούσαν καθόλου την δημιουργία ζωής επάνω της. Έτσι, με αρκετή βεβαιότητα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η ζωή θα πρέπει να δημιουργήθηκε σε ένα χρονικό διάστημα 1 δισεκ. ετών.

Ας αναλογισθούμε, αρχικά, ότι οι πληροφορίες που περιέχονται σε ένα μόνο κύτταρο ανθρώπινου σπερματοζωαρίου αντιστοιχούν σε καταχωρήσεις που μπορούν να χωρέσουν σε 133 τόμους εγκυκλοπαίδειας μεγάλου σχήματος. Όμως, σύμφωνα με μια εκτίμηση, οι σωστοί συνδυασμοί αμινοξέων που έπρεπε να γίνουν (δηλ. να τοποθετηθούν στη σωστή τους θέση μεταξύ τους), για να εμφανισθεί ακόμα και η πιο απλή μορφή ζωής, ανέρχονται στον εκπληκτικό αριθμό των 10^2.000.000 !! Αν, τώρα, πολλαπλασιάσουμε τον αριθμό αυτό με τον ελάχιστο απαιτούμενο χρόνο δημιουργίας του κάθε συνδυασμού, δηλ. με το 0,3 · 10^-18 sec, καταλήγουμε σε έναν αριθμό ο οποίος είναι …πολλαπλάσιο του συνολικού χρόνου της ύπαρξης της Γης στο διάστημα! Με άλλα λόγια, σε 1 δισεκ. χρόνια μπορούν να συμβούν μόνο 10³⁵ αντιδράσεις, αριθμός ασύγκριτα μικρότερος από τον απαιτούμενο των 10^2.000.000... (Η ζωή, βέβαια, δεν προέκυψε από τυχαία συναρμολόγηση μιας πλήρους πρωτεΐνης. Η εξέλιξη ξεκίνησε από απλούστερα μόρια, αυτοκαταλυτικά συστήματα και σταδιακή χημική επιλογή. Τα στατιστικά επιχειρήματα τύπου «τυχαίας συναρμολόγησης» δεν αντανακλούν τις πραγματικές χημικές διεργασίες.) Παρόμοιο πρόβλημα, όμως, ανακύπτει και για τον χρόνο που απαιτείται για να αποδείξουμε την εξελικτική πορεία των όντων επάνω στη Γη, αφού ο χρόνος εξέλιξης των ειδών, τον οποίο απαιτεί η θεωρία του Δαρβίνου, είναι κατά πολύ μεγαλύτερος από την περίοδο κατά την οποία οι συνθήκες για τις διαδικασίες γέννησης της ζωής ήταν κατάλληλες επάνω στη Γη. Έτσι, υπάρχουν μόνο δύο πιθανές λύσεις στο πρόβλημα αυτό: ή οι συνθήκες κατά την δημιουργία των όντων ήταν επιταχυνόμενες ή η ζωή προήλθε από έξω…

 Την δεύτερη άποψη είχε υποστηρίξει ήδη ο Σουηδός χημικός Αρρένιους (Svante Arrhenius) κατά τον 19ο αι. με την θεωρία της πανσπερμίας. (Η «κλασική πανσπερμία» του Arrhenius είναι θεωρητική και δεν έχει αποδειχθεί.) Σύμφωνα με αυτή κάποιοι μικροοργανισμοί, με την μορφή σπόρων ενωμένοι με σκόνη, μπορούν να ταξιδεύσουν στο διάστημα παρασυρόμενοι από την ηλιακή ακτινοβολία, να αντέξουν στην θερμοκρασία του σχεδόν απολύτου μηδενός που επικρατεί στο διάστημα, να επιζήσουν από τις βλαβερές ακτινοβολίες και να προσεδαφιστούν σε κάποιο πλανήτη, όπου και να μεταφέρουν τελικά την ζωή.  Πρόσφατα, το 1984, ο ερευνητής της ΝΑΣΑ Μπιλ Κάσσιντυ (Bill Cassidy) και οι συνεργάτες ανακάλυψαν στην τοποθεσία Άλλαν Χιλλς της Ανταρκτικής έναν μετεωρίτη, με το κωδικό όνομα ALH84001 και με ηλικία 3,5 εκατ. ετών, του οποίου η ανάλυση έδειξε ότι προερχόταν πιθανότατα από τον πλανήτη Άρη. Στον μετεωρίτη αυτό περιέχονται ορισμένα ορυκτά στοιχεία, τα οποία σύμφωνα με μια μερίδα επιστημόνων οδηγούν στην αποδοχή ύπαρξης αρχέγονων μικροοργανισμών στον Άρη. Αυτά τα στοιχεία της οργανικής ύλης ο μετεωρίτης τα μετέφερε στη Γη, καθώς αποτελούσε ένα από τα κομμάτια της αρειανής επιφάνειας που εκτοξεύθηκαν στο  διάστημα, όπως υποθέτουν, ύστερα από την σύγκρουση του Άρη με κάποιον αστεροειδή πριν από 16 εκατ. χρόνια. Επισημάνθηκε, επίσης, ότι αυτή η οργανική ύλη δεν προσκολλήθηκε κατά την διάρκεια της γήινης παραμονής του. (Ο μετεωρίτης αυτός περιέχει οργανικά μόρια, αλλά δεν υπάρχει συναίνεση ότι περιέχει απολιθωμένους μικροοργανισμούς.)

  Ο Άγγλος, όμως, μοριακός βιολόγος Κρηκ (Francis Crick) [μαζί με τον Τζέιμς Γουάτσον ανακάλυψε την δομή του DNA] υποστήριξε μαζί με τον Άγγλο βιοχημικό Λέσλι Όργκελ (Leslie Orgel) την θεωρία της επιλεκτικής (ή κατευθυνόμενης) πανσπερμίας, σύμφωνα με την οποία η παρουσία ζωής στην Γη προήλθε έξωθεν, ύστερα από επέμβαση στον πλανήτη μας, για να έχει την μία συγκεκριμένη μορφή DNA που έχουν όλοι οι γήινοι οργανισμοί! (Η «κατευθυνόμενη πανσπερμία» του Crick είναι φιλοσοφική υπόθεση, όχι επιστημονικό μοντέλο.) Πιο συγκεκριμένα, υποστήριξαν ότι η ζωή προήλθε από έναν πλανήτη, εκτός του ηλιακού μας συστήματος, με φορείς μικροοργανισμούς που μετέφεραν πολύ εξελιγμένα λογικά όντα, τα οποία ράντισαν κυριολεκτικά τον πλανήτη μας με αυτούς. Αυτό το βασίζουν στο γεγονός ότι δεν υπάρχει αντιστοιχία μεταξύ της χημικής σύνθεσης του περιβάλλοντος της Γης με εκείνη των έμβιων όντων της, π.χ. σπουδαίο ρόλο στις χημικές και ενζυματικές διεργασίες δεν παίζουν το χρώμιο και το νικέλιο, αλλά το πολύ σπάνιο στοιχείο μολυβδαίνιο (που πιθανόν αφθονεί στο εν λόγω πλανήτη των εξωγήινων). Την άποψη αυτή ενισχύει επιπροσθέτως και η ύπαρξη του ενός και μοναδικού γενετικού κώδικα από τον οποίο προήλθαν όλα τα όντα της Γης, αντί, λογικά, της ύπαρξης περισσοτέρων κωδίκων που θα προέρχονταν από μια τυχαία σύνθεση χημικών στοιχείων επάνω στη Γη. Έτσι, η άποψη αυτή της εκούσιας εμφύτευσης στοιχείων ζωής, δηλαδή της επιχείρησης γεωπλασίας του πλανήτη μας, από κάποιον εξωγήινο πολιτισμό, οδηγεί σε περαιτέρω προεκτάσεις και ερωτήματα, όπως για τον ενδεχόμενο μελλοντικό αποικισμό της Γης από τον πολιτισμό αυτό, για την πιθανή επίβλεψή μας από αυτόν, για την ελεγχόμενη ή αυτόνομη μετέπειτα εξέλιξη της γήινης ζωής κ.ά.

Παρόμοια είναι και η θεωρία του Νοτιοαφρικαν-Βρετανού βιολόγου Μπρέννερ (Sydney Brenner), ο οποίος υποστηρίζει ότι ορισμένα χημικά στοιχεία που θεωρούνται ότι ήταν απαραίτητα για τη δημιουργία του πρωταρχικού RNA, δεν υπήρχαν σε σωστές αναλογίες στη Γη. Σύμφωνα με μια θεωρία, το RNA ήταν το πρώτο μόριο που μπορούσε να αναπαράγει τον εαυτό του δημιουργώντας την πρώτη μορφή ζωής, και το DNA προέρχεται από αυτό. Πριν από 3 δισεκ. χρόνια, όμως, δεν υπήρχε αρκετό οξυγόνο στη Γη, ώστε να οξειδώσει το μολυβδαίνιο και το βόριο, παράγοντας το χημικό στοιχείο που χρειαζόταν το RNA. Αν και το βόριο και το μολυβδαίνιο είναι τοξικά για τη ζωή, στην οξειδωμένη τους μορφή αποτελούν καταλύτες για τη δημιουργία του RNA. (Η ιδέα ότι το RNA απαιτεί οξειδωμένο μολυβδαίνιο και βόριο παραμένει υπό διερεύνηση.) Τα στοιχεία αυτά υπήρχαν όμως σε ικανοποιητικές ποσότητες στον Άρη, και η πρωτόγονη αυτή μορφή ζωής θα μπορούσε να έχει μεταφερθεί στη Γη μέσω ενός μετεωρίτη.

Τέλος, ο Αμερικανός αστροφυσικός Φρανκ (Louis A. Frank), μελετώντας τις εικόνες που απέστειλε ο δορυφόρους Polar, υποστήριξε ότι η ατμόσφαιρα της Γης βομβαρδίζεται από μια κατηγορία μικρών περίεργων αντικειμένων, που αποτελούνται από νερό, διαθέτουν ένα ανθρακούχο περίβλημα, περιφέρονται σε κοντινή απόσταση από τη Γη και αποσυντίθενται μέσα στην ατμόσφαιρά της σε ύψος 1.200 έως 24.000 km. Αν στα αντικείμενα αυτά ανακαλυφθούν και στοιχεία οργανικής ύλης, τότε είναι πιθανόν να σχετίζονται με ενδεχόμενη συνεισφορά στην εμφάνιση της γήινης ζωής. (Η υπόθεση για «υδατώδη μικροαντικείμενα» στην ατμόσφαιρα είναι αμφιλεγόμενη και δεν έχει επιβεβαιωθεί.)

7.7.  Η ανθρωπική αρχή

Όπως αναφέρθηκε στην ενότητα Κοσμογονία (παράγρ. 3.22) ο Άγγλος φυσικός Ντιράκ (Paul Dirac) διατύπωσε την Θεωρία των μεγάλων αριθμών βασιζόμενος στην σημαντική παρατήρηση που έκανε, πως υπάρχουν τρεις “μεγάλοι αριθμοί” του σύμπαντος που είναι περίπου ίσοι μεταξύ τους, δηλαδή: α) ο λόγος της ηλεκτρικής δύναμης μεταξύ πρωτονίου και ηλεκτρονίου προς την βαρυτική δύναμη μεταξύ τους που είναι περίπου ίσος με 10⁴⁰, β) ο λόγος της ηλικίας του σύμπαντος (η ακτίνα του σύμπαντος σε έτη φωτός) προς την θεμελιώδη μονάδα χρόνου (αυτόν που διανύει το φως πάνω στην ακτίνα του ηλεκτρονίου) είναι πάλι περίπου 10⁴⁰ και γ) η τετραγωνική ρίζα του αριθμού των σωματιδίων του σύμπαντος είναι περίπου 10³⁹, δηλ. πολύ κοντά στο 10⁴⁰. Έτσι θεώρησε ότι αυτή η σύμπτωση αριθμών τόσο διαφορετικής φύσεως δεν μπορεί να είναι τόσο τυχαία, αλλά εκφράζει κάποιο φυσικό νόμο στον οποίο αυτοί υπακούουν.

Σχετικά με την σύμπτωση των μεγάλων αριθμών έκανε έρευνα και ο Αυστραλός Μπράνντον Κάρτερ (Brandon Carter), παρατηρώντας πως αν δεν υπήρχε η σύμπτωση αυτή, αν δηλ. οι νόμοι του σύμπαντος ήταν διαφορετικοί, τότε δεν θα υπήρχε ζωή και άνθρωπος στο σύμπαν και οδήγησε στην διατύπωση της λεγόμενης “ανθρωπικής αρχής”, σύμφωνα με την οποία υπάρχει λογική ζωή στο σύμπαν, ότι δηλ. υπάρχει σκοπιμότητα στο σύμπαν και όχι μόνον αναγκαιότητα ή τύχη. Διαπίστωσε ότι η ηλικία του Σύμπαντος δεν είναι τυχαία, αλλά της ίδιας τάξης μεγέθους με την ηλικία των αστέρων του Γαλαξία μας, δηλ. περίπου 10⁴⁰, ενώ αν ήταν πολύ μικρότερη, δεν θα είχαν δημιουργηθεί ακόμη οι αστέρες, κι αν ήταν πολύ μεγαλύτερη, θα είχαν πεθάνει. Υποστήριξε, λοιπόν, ότι "παρ' όλο που ο Κοπέρνικος έδειξε ότι δεν κατέχουμε κάποια προνομιακή θέση στο Σύμπαν, η θέση του ανθρώπινου παρατηρητή είναι αναγκαστικά ιδιαίτερη. Τουλάχιστον από το γεγονός ότι ορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας και χημικού ή φυσικού περιβάλλοντος είναι προϋποθέσεις για την ύπαρξή του".

Σχετικά με αυτή την διαπίστωση, ότι το σύμπαν εμπεριέχει μια ιδιαίτερη φροντίδα για την ύπαρξη ζωής, ο αστροφυσικός Μιχάλης Παπαγιάννης διατύπωσε τις εξής βασικές ιδιότητες των νόμων της φύσης: α) την ικανότητα της ύλης να συνθέτει πολύπλοκες ενώσεις, β) την ύπαρξη πηγών ενέργειας που διαρκούν αρκετά ώστε να επιτρέπουν την εξέλιξη ανώτερων μορφών ζωής και γ) την κατάλληλη μορφή της ενέργειας αυτής ώστε να ευνοεί και όχι να καταστρέφει την ζωή. Παρόμοιες παρατηρήσεις έχουν γίνει και από τον Ντικ, τον Χώκινγκ, τον Χουήλερ, τους Ρης και Καρρ κ.ά. Ο Άγγλος αστροφυσικός Ρης (Martin Rees) παρατήρησε ότι αν οι πυρηνικές δυνάμεις ήταν λίγο μεγαλύτερες, τότε τα πρωτόνια θα δημιουργούσαν διπρωτόνια και δεν θα υπήρχε υδρογόνο, ενώ αν ήταν λίγο μικρότερες, τότε δεν θα μπορούσαν να γίνουν τα διάφορα χημικά στοιχεία, εκτός από το υδρογόνο.