Ginko & prijatelji
Vsi prijatelji, znanke, sovražniki, sodelavke in veterani Radia Študent, pozdravljeni! V naslednji uri bomo preživeli nekaj časa s takšnimi ali drugačnimi fosili, ki jih ne najdemo globoko v zemlji, ampak med nami. Živi fosili so namreč, kar nam pove že njihovo ime, zares živi. Predstavljajo vrste, ki bi nas po svojih lastnostih lahko spominjale na svoje izumrle prednike, ki se pred razkrojem skrivajo v okamnelem blatu ali pa jih najdemo na stenah muzejev. V tokratni oddaji Frequenza della scienza se bomo spraševali, kako organizme sploh klasificiramo kot žive fosile in kateri evolucijski mehanizmi jim dajejo te unikatne lastnosti. Predstavili vam bomo tudi nekaj manj poznanih živih fosilov – sploh v svetu rastlin in mikrobov. Verjetno ste že spoznali ginka – zdaj imate čast spoznati še njegove evolucijske prijatelje.
Kot veliki ljubitelji paleontologije in del znanstvene fantastike H. G. Wellsa smo v znanstveni redakciji poustvarili njegov časovni stroj in odfrčali 200 milijonov let v preteklost, da bi si svoje najljubše fosile lahko ogledali kar live and in color. Trilobiti, amoniti, pred našimi očmi iz morja skoči celo orjaški morski pes – megalodon. Na naše presenečenje pa smo tam srečali tudi nekaj znanih obrazov – Nautilusa, ribe pljučarice in ginka. Izgledajo pa skoraj enaki kakor danes!
Takim taksonom rečemo živi fosili. To so vrste, ki so skozi evolucijsko zgodovino ostale skoraj nespremenjene, ali pa se tako vsaj zdi. Izraz živi fosil je prvi vpeljal že slavni Charles Darwin, ki je verjel, da nam s svojim nespreminjanjem dajejo vpogled v lastnosti njim sorodnih izumrlih vrst. V svojem delu O nastanku vrst je kot živa fosila omenil kljunaša in vrsto ribe Lepidosiren. Slednja spada med ribe pljučarice in je po mnenju znanstvenikov iz 19. stoletja spominjala tako na ribo kot tudi na dvoživko, iz česar se je v tistem času vnela iskriva debata. Darwin je v svojem delu omenil, da živi fosili zaradi svojih lastnosti povezujejo taksone, ki so danes evolucijsko ločeni, denimo da ribe pljučarice predstavljajo evolucijski most med ribami in dvoživkami. Njegova definicija se je s tem izkazala za nekoliko pomanjkljivo in primitivno, saj danes vemo, da pljučarice spadajo samo v evolucijsko linijo rib.
Pojem živi fosil je obstajal že pred izidom O nastanku vrst, a je Darwin prvi, ki ga je povezal ravno z organizmi, ki se na prvi pogled niso razlikovali od svojih fosiliziranih prednikov. Med opazovanjem kljunaša je Darwin sicer poskusil razložiti, zakaj se vrsta tako počasi spreminja. Sam je tudi priznal domišljavost pojma živega fosila, a se je kljub temu obdržal že več kot 150 let. Darwin je zapisal, da je kljunaš zaradi geografske izobčenosti ušel pritiskom tekme za preživetje in zato ostal opazno podoben primerkom fosilov prejšnjih zemeljskih obdobij. Kljunaš je torej v nespreminjajočem se okolju bil že dovolj dober takšen, kot je.
Kljub temu da je živi fosil dokaj razširjen pojem tako v popularni kulturi kot tudi v znanosti, pa je tudi kontroverzen in pomanjkljiv – predvsem zaradi dejstva, da obstaja veliko definicij, ki vse žive fosile klasificirajo nekoliko različno. Da bi o kriterijih, ki neko vrsto klasificirajo kot živi fosil, izvedeli kaj več, smo se odpravili na Oddelek za biologijo Biotehniške fakultete in o tem povprašali profesorico sistematske botanike Simono Strgulc Krajšek.
Žive fosile lahko torej definiramo po veliko različnih kriterijih. Najpogosteje iščemo in opazujemo počasne spremembe v evolucijski zgodovini, podobnost med živečo vrsto in fosili predniških vrst ter podobnost v geografski razširjenosti glede na razširjenost v geološki preteklosti. Nekatere vrste pa so klasificirali kot žive fosile tudi zato, ker so jih najprej našli kot fosil, šele potem pa so odkrili podoben danes živeči organizem. Pri živih fosilih pa se prav pri definiciji pogosto zapletemo – različni strokovnjaki si izraz pojasnjujejo drugače, kar privede do problema, da živih fosilov ne moremo definirati enotno.
Koncept živega fosila je torej že v osnovi pomanjkljiv, predvsem zaradi prevelikega števila kriterijev, ki so si včasih izključujoči ali pa slabo definirani. Prav tako pa je koncept živega fosila v veliki meri osnovan na človeškem zornem kotu in našem pomanjkljivem znanju o evolucijski zgodovini. Neko vrsto lahko namreč napačno opišemo kot živi fosil zaradi dolgo časa trajajoče luknje v fosilnem zapisu ali pa se v preveliki meri zanašamo na morfologijo vrste, zanemarimo pa genetske in molekularne spremembe skozi milijone let evolucije. Te spremembe lahko namreč potekajo, četudi se nam vrsta navidez zdi morfološko nespremenjena. Več o tem nam je povedala profesorica Strgulc Krajšek.
Kot je omenila profesorica, koncept živega fosila vsaj deloma temelji na naši interpretaciji, kar lahko privede do nejasnosti – ali je neka vrsta živi fosil ali se nam tako zdi le zato, ker nas spominja na nekaj starodavnega? Zanimalo nas je, če obstaja primer vrste, za katero pogosto napačno mislimo, da spada med žive fosile.
Njivska preslica je torej podobna fosilnim ostankom svojih prednic, vendar to ne pomeni, da je tudi sama živi fosil. Med njenimi prednicami in danes živečo vrsto se je namreč zgodilo veliko sprememb na ravni genov in ekologije vrste, čeprav se zdi morfološko enaka. Po kratkem premoru bomo žive fosile spoznali skozi nekaj posebnih primerov, za katere mogoče še niste slišali.
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Ko se pogovarjamo o evolucijski zgodovini in o fosilih, naše misli najpogosteje odplavajo proti fantastičnemu svetu prazgodovinskih živali. Pomislimo na megalomanske dinozavre, ostvarje ali na morske plazilce. Včasih pa je prav, da se ozremo tudi v zelenje pod nogami teh velikanov, kajti tudi v svetu rastlin najdemo tisoč in en zanimiv živi fosil.
Najbolj razvpit med rastlinskimi živimi fosili je gotovo Ginkgo biloba. Znan je po svojih pahljačastih listih, ki jeseni po celi Ljubljani spremenijo barvo iz zelene v sončno rumeno, po svojih zdravilnih učinkovinah, smrdečih sadežih na ženskih rastlinah in po glavni vlogi v zgodovinski drami Tiha prijateljica, ki jo je drevo premierno odigralo lani na mednarodnem filmskem festivalu v Benetkah. Ginkovi listi so njegov značilni znak, saj jih ne moremo zamenjati za nič drugega. Njihova robustnost jim omogoča, da se počasneje razgrajajo in so na vodnatih območjih nadpovprečno zastopani v fosilnem zapisu.
Ginko spada med golosemenke, kjer mu med živimi fosili družbo delajo tudi aravkarijevke. Čeprav oba taksona spadata med golosemenke, jih tja na prvi pogled ne bi uvrstili, saj se morfološko zelo razlikujeta od bolj znanih današnjih predstavnikov, predvsem od iglavcev. Več o aravkarijevkah in o njihovih unikatnih lastnostih med golosemenkami nam je povedala profesorica Simona Strgulc Krajšek.
Med aravkarijevke spada tudi volemija, ogroženi zimzeleni iglavec, ki ga najdemo v nekaterih predelih Avstralije. Pri ohranjanju te vrste je posebno vlogo igralo tudi dejstvo, da jo uvrščamo med žive fosile. Profesorica Strgulc Krajšek nam bo povedala, kako so se lotili ohranitve te redke vrste.
Če nas aravkarijevke spominjajo na nekoliko neobičajne smreke, pa nas sagovci običajno spominjajo na palme, čeprav tudi sagovce [ságovce] uvrščamo med golosemenke. Obsegajo 12 rodov s približno 300 predstavniki, razširjeni pa so predvsem v tropskih in subtropskih predelih vseh kontinentov. Katera lastnost sagovcev pa je identificirana kot starodavna in jih na podlagi nje uvrščamo med žive fosile?
Evolucijska posebnost sagovcev so torej njihove neobičajne semenske zasnove, ki jih razlikujejo od ostalih golosemenk. Semena so se pri rastlinah kot reproduktivna struktura pojavila že v devonu pred približno 400 milijoni let. Cvetovi pa so se pojavili mnogo pozneje in veljajo za relativno novo evolucijsko pridobitev rastlin, ki jo uvrščamo v čas zgodnje krede, pred 150 do 100 milijoni let.
S cvetovi se lahko torej pomaknemo od golosemenk na drugo skupino višjih rastlin – kritosemenke, za katere so cvetovi tudi značilni. Diverziteta cvetov, njihovih oblik, funkcij in gradbenih tipov je izjemno velika in naj bi vrhunec raznolikosti dosegla že kmalu po prvem pojavu cvetov. Presenetljivo je dejstvo, da največjo diverziteto cvetov zasledimo prav pri evolucijsko starejših kritosemenkah, in sicer raznolikost v številu elementov cveta, torej pestiča, prašnikov in listov ter raznolikost v njihovi razporeditvi. Evolucijsko starejše rastline, od katerih mnoge klasificiramo kot žive fosile, predstavljajo vpogled v lastnosti rastlin izpred več sto milijonov let. S primerjavo s fosiliziranimi rastlinami lahko tako sklepamo na evolucijska sorodstva ali pa na potek razvoja cvetov skozi zgodovino. Katere pa so specifične starodavne lastnosti cvetov kritosemenk?
Mogoče se nam zdi, da takih rastlin ne vidimo pogosto, pa vendar se ni treba sprehoditi prav daleč, saj imamo primere takih starodavnih kritosemenk tudi v našem bližnjem parku.
Med kritosemenkami lahko najdemo veliko vrst, ki imajo nadvse zanimive lastnosti, nekatere so celo tako starodavne, da spominjajo na evolucijsko starejše golosemenke. Take rastline so denimo družina Amborellaceae, ki predstavljajo sestrsko skupino vsem ostalim kritosemenkam in jo lahko tako uvrstimo na sam začetek, torej na najstarejše veje evolucijskega drevesa. Nekaj o lastnostih edine vrste te družine nam je povedala profesorica Strgulc Krajšek.
Z Amborello in lokvanjem smo se tako prebili do res najbolj evolucijsko primitivnih lastnosti, ki jih pri rastlinah poznamo. Te so značilne za rastline, ki se v evolucijski zgodovini spreminjajo zelo počasi. Poznamo pa tudi obratni fenomen, lahko bi jim rekli anti živi fosili, saj se lahko pri nekaterih rastlinah spremembe na ravni genoma ali celo nastanek novih vrst zgodijo ekspresno hitro.
Podvojitev genoma je pri rastlinah pogost evolucijski mehanizem. Z njim lahko pride do pojava novih vrst ali evolucijskih novosti v obliki novih funkcij pri organizmu. Podvojitev genoma se ne pojavlja samo pri rastlinah, ampak tudi pri vretenčarjih. Pri ribah žarkoplavutaricah naj bi podvojitev genoma omogočila nastanek biosinteznih poti, ki prispevajo k raznolikosti obarvanosti rib in s tem do nastanka novih morfoloških lastnosti. Vseeno pa so poliploidi, torej organizmi z večkrat podvojenim genomom [genómom], značilni predvsem za rastlinske vrste. Ni pa poliploidija samo orodje naravne evolucije, saj jo uporabljamo tudi v namene žlahtnjenja in ustvarjanja novih sort rastlin.
Prav vse danes živeče kritosemenke so imele v daljni evolucijski zgodovini vsaj dva dogodka, ko so podvojile celoten genom, pri mnogih pa se je to zgodilo še velikokrat pozneje. Ne samo da so zaradi podvojitve genoma velikokrat nastale nove vrste, ampak so celo nastale večkrat, samostojno in na različnih koncih sveta.
Z zgodbo o kozjih bradah in njihovih dogodivščinah v Severni Ameriki smo se tako prebili čez glavne predstavnike rastlinskih živih fosilov in tudi čez rastline, ki se kar ne morejo nehati spreminjati. V nadaljevanju oddaje bomo iz evolucijske časovne kapsule izbrskali še več o mehanizmih evolucije živih fosilov, pod drobnogled bomo vzeli mikrofosile in še več.
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Poslušalke in poslušalci! Prispeli ste na sprehod po evolucijski stèzi pojma živih fosilov. Njihova evolucijska stèza pa ironično nima staze, ampak pojem dinamično šviga od glave do glave evolucijskih teoretikov in teoretičark, in sicer v različne smeri. V tem edinstvenem trenutku pa z vami želimo deliti čudovito misel iz znanstvenega članka, v katerem avtorja Werth in Shear zapišeta: »Evolucija je čudežna, saj noben organizem ni v celoti živi fosil, je pa vsak organizem do neke mere živi fosil.« Konec citata.
Iz prej omenjenih Darwinovih razlag smo že slišali, da je kljunaš ušel pritiskom tekme za preživetje in zato ostal opazno podoben primerkom fosilov. Ta misel je bila kasneje nadgrajena v teorijo prekinjenega ravnovesja ali punktualizma. Postavlja namreč tezo, da se populacija v fosilni zgodovini zabeležene vrste stabilizira. Stabilizacija populacije vrste ali staza je opazna ravno v podobnosti pripadnikov vrste skozi dolga obdobja. To stabilno obdobje lahko prelomi le dovolj velik evolucijski pritisk, ki povzroči nastanek dveh novih vrst iz prej že obstoječe. Nekateri živi fosili torej po določenih definicijah še niso doživeli dovolj velikega pritiska za prekinitev v primerjavi z večino ostalih vrst. Takšen primer je tudi ginko, ki osamljen sestavlja eno izmed petih skupin rastlin semenk.
Vsak organizem ima določene morfološke lastnosti, ki jih je obdržal od starodavnih prednikov. Poleg tega se v dednem materialu vseh organizmov skrivajo koščki, ki so verjetno stari toliko kot življenje samo. Deset odstotkov človeškega genoma na primer sestavljajo endogeni retrovirusi, ki so se vanj vgradili milijone do milijarde let nazaj in se prenašajo na nove generacije še danes. Ti segmenti našega genoma se imenujejo endogeni viralni elementi ali EVE-ji. Ker virusi ne puščajo za seboj klasičnih fosilov, ampak jih še vseeno lahko preučujemo iz lastnega genskega materiala, se endogenim viralnim elementom reče kar molekularni fosili.
Iz odkritja molekularnih fosilov izhaja paleovirologija, ki je veda o antičnih virusih in o njihovem vplivu na gostitelje. Nekatere virusne segmente so si gostiteljski organizmi prilastili, saj jim še danes omogočajo razne koristi. V višjih primatih eden izmed endogenih viralnih elementov na primer kodira protein, ki tvori plast posteljice in doprinaša k nemoteni izmenjavi koristnih snovi med materjo in plodom. Pri človeku se temu proteinu reče sincitin, njegovo zmanjšano izražanje pa je povezano z zapleti pri nosečnosti, kot je preeklampsija.
Poleg virusnih segmentov v dednem materialu so kompleksnejši organizmi na Zemlji prevzeli in obdržali še pomembne celične organele. Dedni material starodavnih prokariontov, prednikov današnjih bakterij in arhej, je na primer ostal znotraj mitohondrijev in plastidov danes živečih organizmov. Bi torej mitohondrijem lahko rekli živi fosili? Že v osnovni šoli se učimo o endosimbiotski teoriji, ki endosimbiozo med gostiteljico arhejo [arhêj] in aerobno proteobakterijo umešča 1,5 milijarde let v preteklost. Mitohondrijska DNK je do sedaj ostala zelo podobna, zaradi česar so spremembe v mitohondrijski DNK uporabne za raziskovalce, ki preučujejo razlike med vrstami. Iz posameznih variabilnih regij mitohondrijske DNK vzorca je zaradi teh specifičnih in točno določenih sprememb v drugače enotnem kosu DNK mitohondrija mogoče identificirati vrsto.
Torej je razvidno, da so mitohondriji in endogeni viralni elementi deli celote, ki so se znašli v stazi in so prisotni v vseh organizmih. Staza tako ne zaobjema samo vrst in taksonov, ampak tudi posamezne vidne lastnosti in dele, ki so ujeti v neko stalnico. Vseeno pa mitohondriji in endogeni viralni elementi ne veljajo za žive fosile, ker niso organizmi, ki bi sami stali zase. Da so nekateri njihovi deli ostali relativno enaki, so se morali morda drugi deli organizma popolnoma preobraziti pod različnimi zunanjimi vplivi.
Do sedaj smo govorili o nam vidnih in kompleksnih organizmih. Kaj pa se dogaja v svetu, ki ga ne vidimo, je tudi tam kaj živih fosilov? Eden najstarejših organizmov na Zemlji so vsekakor cianobakterije. Najstarejša najdena fosila na Zemlji sta fosila dveh vrst stromatolitov, stara kar 3,5 milijarde let. Vendar pa v stroki poteka debata, da lahko najstarejši fosil cianobakterij datiramo komaj 1,8 milijard let nazaj, ko v fosilnem zapisu prvič potrdijo prisotnost biomarkerjev fotosinteze. Ravno fotosintezna sposobnost je skoraj edina stalnica v mnogi diverziteti cianobakterij, zato raziskovalke cianobakterij ne uvrščajo med žive fosile. Čeprav so pred 2,4 milijarde let povzročile oksigenacijo ozračja, je njihov razvoj zelo raznolik in odvisen od mnogih drugih evolucijskih pritiskov, ki niso vezani samo na fotosintezno sposobnost.
Koncept živega fosila je torej težje aplicirati na mikroorganizme, saj imajo večjo stopnjo diferenciacije. Fosilni zapisi so starejši in slabo ohranjeni, zato se osredotočamo na posamezne dele oziroma biokemijske procese v organizmih. Kljub temu so verjetno marsikateri primerki spregledani, ko se pogovarjamo o živih fosilih. Raziskava, ki je poskušala kvantificirati, kaj spada pod žive fosile, je pokazala, da v mikroskopskem svetu obstaja nekaj takšnih spregledanih živih fosilov, ki so že bili popisani, ampak ne dosežejo popularne znanstvene literature. Gre za več vrst manj kot milimeter velikih večceličnih psevdoživali. Ponavadi jim ne posvečamo toliko pozornosti, saj jih prečistimo iz vodnih zajetij. Vseeno pa so sestavni del vodnih okolij.
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Obstaja torej na stotine organizmov, ki jih lahko uvrstimo med žive fosile, in na desetine kriterijev, po katerih jih mednje klasificiramo. Vprašajmo pa se, ali je ta koncept resnično uporaben v znanosti in ali nas ovira pri poglobljenem razumevanju evolucije teh organizmov? Je têrmin vredno ohraniti ali je tudi sam postal neke vrste živi fosil? Tudi v znanstvenih vodah se spreminjajo tokovi – nekatere strokovnjakinje in strokovnjaki denimo pozivajo k ukinitvi pojma živega fosila, sploh na račun dejstva, da ta običajno povzroča zmedo pri razumevanju evolucije organizmov.
Čeprav je v znanstveni literaturi izraz živi fosil vsekakor še vedno živ, je večina diskurza na temo živih fosilov usmerjena v uporabnost pojma in ne v raziskavo primerkov vrst. Prav tako je v številnih znanstvenih člankih že v naslovu izraz živi fosili postavljen v navednice, kar namiguje, da tudi avtorji in avtorice dvomijo v njegovo kredibilnost in uporabnost. V zadnjih letih je veliko raziskav pokazalo, da nekatere vrste, ki so bile poznane kot tipski primerki živih fosilov, mogoče niso tako evolucijsko statične, kot smo pričakovali. Četudi se organizmi zdijo morfološko podobni fosilnim predstavnikom, smo lahko z modernimi molekulskimi metodami ugotovili, da ni tako – na ravni genoma se od njih namreč močno razlikujejo.
Vseeno pa obstaja druga plat izraza živi fosil – ta namreč pritegne pozornost. Koga? Medijev in javnosti, seveda. Na kakšen način lahko to znanosti pomaga, nam je zaupala profesorica Strgulc Krajšek.
Popularizacija koncepta živih fosilov je torej pozitivno pomagala pri ohranjanju nekaterih vrst. Lastnosti, po katerih jih uvrščamo med žive fosile, so lahko tudi lastnosti, zaradi katerih je te vrste vredno zaščititi in preučevati. Pozornost medijev in javnosti pa lahko pri takih podvigih vsekakor pomaga. Čeprav o tem ne govorimo pogosto, so tako finančna sredstva kot tudi podpora javnosti v znanosti in boju za varovanje živali izrednega pomena, če so pravično in smiselno razdeljena.
Živi fosili torej niso le zabaven koncept ali pa razposajeno opažanje starodavnih lastnosti ginka in kljunaša, ampak so dokaj šibek znanstveni koncept, o katerem še vedno teče burna razprava. Se bo kdaj dokončno razrešila? Kdo ve, mogoče bomo tudi mi sami prej postali fosili. Vsekakor pa lahko ta čas izkoristimo, da se o evoluciji teh posebnih živali – in ne pozabimo na rastline – tudi nekaj novega naučimo.
Po filogenetskih vejah rastlinskih živih fosilov je plezal Nejc.
V črno luknjo po koreninah živih fosilov se je povzpela Viktorija.
Fosile je pomagal taksonomsko umestiti urednik LukaS.
Tehnično podporo pri izdelavi časovnega stroja je ponudila Robbie.
Evolucijo besed je lektorirala Mija.
Mapo razvejanja evolucijskega drevesa sva brali Živa in Tnik.
V oddaji smo poslušali podlagi Primordial avtorja Nuisance ter Mystery avtorja 1000 Handz.
Dodaj komentar
Komentiraj