Κυριακή, 2 Φεβρουαρίου 2020

Η γοητεία και η επικαιρότητα της δαρβινικής επανάστασης. The Darwinian Revolution

Darwin came out with “On the Origin of Species” in 1859. Portrait of Charles Darwin (J. Cameron)

Η παράξενη ιδέα ότι καμία μορφή ζωής δεν είναι αιώνια και αμετάβλητη, αλλά οφείλει συνεχώς να εξελίσσεται στην προσπάθειά της να προσαρμοστεί σε ένα εξίσου ευμετάβλητο περιβάλλον, δεν διατυπώθηκε πρώτη φορά από τον Κάρολο Δαρβίνο. Ο μεγάλος Βρετανός φυσιοδίφης «περιορίστηκε» στο να αποκαλύψει τον βασικό βιολογικό μηχανισμό που εξηγεί τη διαρκή προσαρμογή των έμβιων όντων στο μεταβαλλόμενο περιβάλλον τους και, άρα, τη συνεξέλιξη ζωής και πλανητικού περιβάλλοντος.

Οι «Μηχανές του Νου», συμμετέχοντας στους διεθνείς αλλά και τους τοπικούς εορτασμούς για την «Ημέρα του Δαρβίνου 2020» (Darwin Day 2020), θα παρουσιάσουν όχι μόνο τη γένεση αλλά και τη μέχρι σήμερα πορεία των δαρβινικών ιδεών.

Στο σημερινό άρθρο θα εξετάσουμε την προϊστορία των εξελικτικών ιδεών και τις προϋποθέσεις για την επικράτηση της δαρβινικής θεωρίας της εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής. Της πληρέστερης δηλαδή επιστημονικής θεωρίας που διαθέτουν, μέχρι σήμερα, οι βιολογικές επιστήμες για να κατανοούν όλα τα ζωικά φαινόμενα. Υπό αυτή την έννοια, η σύγχρονη εξελικτική θεωρία αποτελεί το μοναδικό και αδιαμφισβήτητο επιστημονικό «Παράδειγμα» για το σύνολο της βιολογικής σκέψης και έρευνας.

Και όχι μόνο! Γιατί, όπως θα δούμε στα επόμενα άρθρα, αποτελεί επίσης ένα πολύτιμο πολιτικό εργαλείο για την αντιμετώπιση της μεγάλης πλανητικής κρίσης που αντιμετωπίζουμε, σήμερα, λόγω της ανθρωπογενούς οικολογικής απορρύθμισης που οδηγεί στη μαζική εξαφάνιση πολλών ζωικών και φυτικών ειδών ζωής.

Η έννοια της «εξέλιξης» την εποχή του Δαρβίνου είχε μια εντελώς διαφορετική σημασία. Αναφερόταν περισσότερο σε σκοτεινές θεωρίες προδιαμόρφωσης των έμβιων όντων και συνήθως ταυτιζόταν με ό,τι σήμερα θα ονομάζαμε «εμβρυολογική ανάπτυξη». Με άλλα λόγια, «εξέλιξη» ήταν η χωρικά και χρονικά προδιαγεγραμμένη εκδίπλωση και ανάπτυξη του εμβρύου κατά την κύηση.

Charles Lyell, photograph by Ernest Edwards, 1863, From L. Reeve ed. 1863-6. Credit: Cambridge University Library

Ο πρώτος που χρησιμοποίησε τον όρο «εξέλιξη» με τη σημερινή της σημασία, δηλαδή ως μεταμόρφωση των έμβιων οργανισμών στον χρόνο, ήταν ο Τσαρλς Λάιελ (Charles Lyell 1797-1875), διάσημος Βρετανός γεωλόγος και μέντορας του Δαρβίνου. Όμως, ο Δαρβίνος απέφευγε να χρησιμοποιεί αυτή τη σκοτεινή έννοια της εξέλιξης, επειδή ήταν βεβαρημένη με υπερφυσικές προκαταλήψεις. Ίσως γι’ αυτό στα βιβλία του προτιμούσε, αντί για εξέλιξη, να μιλά για «καταγωγή μέσω τροποποιήσεων».

Όμως, παρά τις δικαιολογημένες επιφυλάξεις του, ο Δαρβίνος αποδείχτηκε ο πραγματικός θεμελιωτής της σύγχρονης εξελικτικής σκέψης. Βέβαια διάφοροι φυσιοδίφες, πολύ πριν από αυτόν ή στην εποχή του, είχαν κάνει σοβαρές παρατηρήσεις και είχαν διατυπώσει κάποιες εικασίες σχετικά με την ύπαρξη εξελικτικών φαινομένων στον έμβιο κόσμο. Ωστόσο, μόνο ο Δαρβίνος κατάφερε να ανακαλύψει τον φυσικό μηχανισμό που επιβάλλει τη διαρκή εξέλιξη των οργανισμών, ώστε να προσαρμόζονται στις αλλαγές του περιβάλλοντός τους.

Η προϊστορία των εξελικτικών ιδεών

Detail of Raphael's painting The School of Athens, 1510–1511. This could be a representation of Anaximander leaning towards Pythagoras on his left.

Η ιδέα της «εξέλιξης» δεν επινοήθηκε από τον Δαρβίνο. Διάφοροι σημαντικοί στοχαστές πριν από αυτόν είχαν διατυπώσει λιγότερο ή περισσότερο ρητά την εικασία ότι τα έμβια όντα μπορούν να αλλάζουν και να μεταμορφώνονται στον χρόνο.

Για παράδειγμα, ο Αναξίμανδρος (610-540 π.Χ.) πρότεινε μια ευφάνταστη ανθρωπογονία, σύμφωνα με την οποία οι πρώτοι άνθρωποι δημιουργήθηκαν από ιχθυόμορφα πλάσματα. Όμως, και άλλοι προσωκρατικοί φιλόσοφοι είχαν κάνει παρόμοιες εικασίες για την αβιοτική προέλευση ή τις μεταμορφώσεις των πρώτων μορφών ζωής.

Plato is depicted in Raphael's The School of Athens anachronistically carrying a bound copy of Timaeus.

Παρά την απλοϊκότητά τους, αυτές οι πρώτες δειλές προσπάθειες να διατυπωθεί μια εύλογη εξήγηση των πολύμορφων εκδηλώσεων της ζωής, δηλαδή μια φυσική ιστορία των έμβιων όντων, επέμεναν στην «αυθόρμητη γένεση» και όχι στη δημιουργία της ζωής από κάποια πάνσοφη θεότητα, όπως, μεταξύ άλλων, θα υποστηρίξει αργότερα ο Πλάτων στον «Τίμαιο». Αυτή η καινοφανής ιδέα περί της ύπαρξης ενός θεϊκού Δημιουργού που έχει σχεδιάσει τα πάντα θα αποτελέσει, κατά την αρχαιότητα, την ταφόπλακα για τις πολύ πρώιμες και ασαφείς εξελικτικές εικασίες των προσωκρατικών.

Μόνο μετά την επικράτηση του χριστιανισμού στη Δύση, ο οποίος κατάφερε να «μεταφράσει» την εβραϊκή θεογονία με όρους πλατωνικής οντολογίας, η βαθύτατα ανατρεπτική αρχαιοελληνική ιδέα ενός αυθόρμητα εξελισσόμενου φυσικού κόσμου θα εγκαταλειφθεί οριστικά. Εξάλλου, για όσους αποδέχονται την ιουδαϊκή-χριστιανική δημιουργία, δεν υπήρχε ο αναγκαίος χρόνος για την εμφάνιση καμίας μορφής εξέλιξης στη φύση: αφού πίστευαν ακράδαντα ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε μόλις 4.000 χρόνια π.Χ. και ως πιστοί περίμεναν, από μέρα σε μέρα, την Ημέρα της Κρίσεως.

Galileo Galilei, portrait by Domenico Tintoretto circa 1602-1607

Ωστόσο, κατά τα τέλη του 16ου αιώνα, η Νέα Φυσική Φιλοσοφία θα αρχίσει να αποδομεί αυτή την απολύτως εύτακτη, γεωκεντρική και αμετάβλητη στον χρόνο εικόνα της Φύσης. Με το έργο τους, ο Κοπέρνικος, ο Γαλιλαίος και ο Κέπλερ θα δείξουν ότι η Γη δεν είναι η κορωνίδα της δημιουργίας ή το κέντρο του Κόσμου, αλλά ένας μικρός πλανήτης που περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο.

Τους επόμενους αιώνες, η αποδόμηση των θρησκευτικών δοξασιών θα συνεχιστεί και οι γεωλόγοι, προσπαθώντας να ανασυγκροτήσουν την ιστορία της Γης, θα ανακαλύψουν ότι η ηλικία της είναι πολύ μεγαλύτερη από όσο πίστευαν οι θεολόγοι: όχι 4.000 χρόνια αλλά πάνω από 168.000 χρόνια (σήμερα γνωρίζουμε ότι, στην πραγματικότητα, η Γη σχηματίσθηκε πριν από περίπου 5,5 δισεκατομμύρια χρόνια).

Ακόμη μεγαλύτερη έκπληξη, για τον δυτικό άνθρωπο, ήταν η ανακάλυψη πλήθους φυτών και ζώων που, μέχρι τότε, αγνοούσε παντελώς την ύπαρξή τους. Άγνωστες μορφές ζωής που προοδευτικά ήρθαν στο φως, μετά τις πρώτες μεγάλες εξερευνήσεις, και οι οποίες κανονικά δεν έπρεπε να υπάρχουν, επειδή προφανώς δεν βρίσκονταν στην… «Κιβωτό του Νώε»!

Όμως, κατά τον 18ο αιώνα, η αξιοπιστία των βιβλικών αφηγήσεων κλονίσθηκε επίσης πολύ σοβαρά και από τη συστηματική μελέτη των απολιθωμάτων, τα οποία αποκάλυπταν ένα παντελώς άγνωστο, αλλά απρόσμενα πλούσιο βασίλειο από εξαφανισμένα ζώα και φυτά. Ποιος είχε δημιουργήσει όλα αυτά τα αινιγματικά πλάσματα και γιατί εξαφανίσθηκαν;

Η πρώτη αντίδραση των φυσιοδιφών ήταν να περιγράψουν αυτά τα παράξενα απολιθώματα ζώων ως «ατυχήματα της φύσης» (lusus naturae) ή ως υπολείμματα της ζωής που υπήρχε πριν από τον βιβλικό Κατακλυσμό. Ενώ μια πολύ πιο διασκεδαστική και κακεντρεχής «εξήγηση» ήταν ότι τα απολιθώματα απόκοσμων πλασμάτων είχαν τοποθετηθεί επίτηδες από τον Δημιουργό, για να δοκιμάσει την πίστη των ανθρώπων!

Στις αρχές του 19ου αιώνα, λοιπόν, έγινε σαφές ότι οι καθαρά περιγραφικές και ανιστόρητες εξηγήσεις των περισσότερων φυσιοδιφών ήταν όχι μόνο ανεπαρκείς αλλά και λανθασμένες. Και η ανάγκη για μια εντελώς διαφορετική μεθοδολογική και θεωρητική προσέγγιση θα οδηγήσει προοδευτικά στη μετεξέλιξη της ανιστόρητης φυσιοδιφικής σε εξελικτική ιστορία της φύσης, με άλλα λόγια, σε Εξελικτική Βιολογία.

Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) by Charles Thévenin, 1802.

Ο πρώτος που θα υποστηρίξει ρητά και θα προαγάγει με το έργο του αυτήν τη συγκλονιστική πνευματική μεταστροφή δεν ήταν, όπως συχνά λέγεται, ο Δαρβίνος αλλά ο Λαμάρκ. Ο Γάλλος Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) όχι μόνο θα διατυπώσει την πρώτη συνεπή και εμπειρικά τεκμηριωμένη επιστημονική θεωρία για την εξέλιξη των έμβιων όντων, αλλά θα βαφτίσει «Βιολογία» την αναδυόμενη, τότε, νέα επιστήμη που θα μελετά όλα τα ζωικά φαινόμενα.

Η θεωρία του Λαμάρκ για τον ενεργό και προοδευτικό μετασχηματισμό των έμβιων όντων στηριζόταν σε δύο βασικές παραδοχές: (α) την «εγγενή τάση» όλων των ζωντανών οργανισμών να τελειοποιούνται για να βρίσκονται σε αρμονία με το περιβάλλον τους και (β) ότι σε αυτή την εγγενή τάση τους για τελειοποίηση, πρωτεύοντα και καθοδηγητικό ρόλο παίζει η προσαρμογή στο περιβάλλον. Πρότεινε μάλιστα και έναν γενετικό μηχανισμό, την κληρονομικότητα των «επίκτητων χαρακτηριστικών», η οποία υποτίθεται ότι εξηγούσε όλες τις εξελικτικές διαδικασίες.

Δυστυχώς, όπως αποδείχτηκε αργότερα, και οι δύο παραπάνω παραδοχές ήταν υπερβολικά προσκολλημένες στις ανθρωπομορφικές προκαταλήψεις του παρελθόντος. Επομένως, ο Λαμάρκ θεωρείται πρόδρομος και όχι πατέρας της σύγχρονης εξελικτικής σκέψης.

The 1859 cover of the Origin of Species

Πριν από 161 χρόνια, στις 24 Νοεμβρίου του 1859, ο Δαρβίνος θα παρουσιάσει δημόσια τη νέα ανατρεπτική θεωρία του περί της εξέλιξης των έμβιων όντων στο βιβλίο του «Περί της καταγωγής των ειδών μέσω της φυσικής επιλογής». Έργο θεμελιώδες και θεμελιωτικό για τη μετέπειτα πορεία όχι μόνο της επιστημονικής αλλά και ευρύτερα της δυτικής σκέψης, αποτελεί αναμφίβολα το πιο διάσημο επιστημονικό βιβλίο όλων των εποχών. Τόσο το «Περί καταγωγής» όσο και τα επόμενα έργα του Δαρβίνου αποτελούν ένα ενιαίο και αρκετά πειστικό επιχείρημα υπέρ της καθολικότητας των βιολογικών μηχανισμών της επιβίωσης και της αναπαραγωγής, που είναι η προϋπόθεση για την εξέλιξη κάθε μορφής ζωής πάνω στη Γη.

Η δαρβινική επανάσταση και το νέο εξελικτικό Παράδειγμα

Some species (a Galápagos variety of short-eared owl) are still evolving, becoming less and less like mainland kin. (Frank J. Sulloway)

Πράγματι, το εξελικτικό επιχείρημα του Δαρβίνου βασίζεται σε μια σειρά από επιστημονικά ελέγξιμες (εμπειρικά και πειραματικά) υποθέσεις:

1) Οι φυσικοί πόροι σε ένα δεδομένο περιβάλλον είναι περιορισμένοι.

2) Τα άτομα ενός πληθυσμού διαφέρουν μεταξύ τους· υπάρχει μεγάλη ποικιλομορφία μεταξύ των ατόμων ενός πληθυσμού, αλλά και μεταξύ των πληθυσμών που ανήκουν στο ίδιο είδος.

3) Αν και ο Δαρβίνος δεν γνώριζε τίποτα για το γενετικό υπόστρωμα αυτής της ποικιλομορφίας ούτε βέβαια και τον ακριβή γενετικό μηχανισμό της κληρονομικότητας, υπέθεσε σωστά ότι τα βασικά χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν μεταξύ τους τα άτομα ενός πληθυσμού θα πρέπει να είναι κληρονομήσιμα. Και αποτελεί ειρωνεία ότι, την ίδια περίπου εποχή που ο Δαρβίνος δημοσίευσε τις ιδέες του, ο Μέντελ ανακάλυψε τους βασικούς μηχανισμούς της γενετικής κληρονομικότητας.

Εφόσον και οι τρεις παραπάνω υποθέσεις είναι σωστές, καταλήγει κανείς εύλογα στο συμπέρασμα ότι: αφού οι πόροι του περιβάλλοντος είναι περιορισμένοι και τα άτομα ενός πληθυσμού διαφέρουν μεταξύ τους γενετικά, τότε η επιβίωση στον «αγώνα για την ύπαρξη» δεν είναι καθόλου τυχαία, αλλά εξαρτάται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που επιτρέπουν σε ορισμένα άτομα να είναι καλύτερα προσαρμοσμένα στο δεδομένο περιβάλλον.

Originating on different Islands, Galápagos finch species are notable for distinctive beaks adapted to varying conditions. The birds would help Darwin depict a crucial process-adaptation. (Frank J. Sulloway)

Αυτόν τον αυτόματο μηχανισμό επιλεκτικής επιβίωσης ορισμένων οργανισμών από έναν πληθυσμό ο Δαρβίνος τον αποκάλεσε «φυσική επιλογή» και, όπως απέδειξαν όλες οι μετέπειτα έρευνες, πρόκειται για τον σπουδαιότερο μηχανισμό προώθησης της βιολογικής εξέλιξης.

Έτσι, η εικόνα της εξέλιξης που προκύπτει από το έργο του Δαρβίνου είναι όχι μόνο καινοφανής αλλά και βαθύτατα επαναστατική. Εκεί όπου ένας προδαρβινικός φυσιοδίφης έβλεπε μόνο φυσική αρμονία και σταθερότητα, ένας δαρβινιστής βλέπει ότι ο αγώνας για την επιβίωση και την αναπαραγωγή των οργανισμών εξαρτάται από τις διαφορετικές προσαρμοστικές τους ικανότητες, οι οποίες, σε συνδυασμό με τις περιβαλλοντικές πιέσεις, οδηγούν αναπόφευκτα στην εξέλιξη των οργανισμών.

Τα όρια μεταξύ των διαφορετικών ειδών δεν μπορούν πλέον να θεωρούνται αιώνια και αμετάβλητα, αλλά είναι μάλλον το προϊόν της ιστορίας τους· της ιστορίας των αμοιβαίων και πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των οργανισμών όσο και μεταξύ των οργανισμών με το περιβάλλον τους.

Thomas Huxley by Bassano c. 1883

Πάντως, όπως εγκαίρως είχε επισημάνει ο Τόμας Χάξλεϊ: «Η ιστορία μας διδάσκει ότι η συνήθης μοίρα των νέων αληθειών είναι να ξεκινούν ως αιρέσεις και να καταλήγουν ως προλήψεις, και όπως έχουν σήμερα τα πράγματα, δεν θα ήταν παρακινδυνευμένο να προβλέψει κανείς ότι μετά από είκοσι χρόνια η νέα γενιά, εκπαιδευμένη σύμφωνα με ό,τι γνωρίζουμε σήμερα, θα αντιμετωπίσει τον κίνδυνο να αποδεχτεί τις βασικές θεωρίες της “Καταγωγής των Ειδών” εξίσου αστόχαστα και αναιτιολόγητα με πολλούς σύγχρονούς μας, οι οποίοι πριν από είκοσι χρόνια την απέρριπταν».

Μια πρόβλεψη ιδιαίτερα δυσοίωνη όσο και αναπάντεχη, αν σκεφτεί κανείς ότι διατυπώνεται (το 1880!) από τον πιο παθιασμένο και αποτελεσματικό προπαγανδιστή των νέων εξελικτικών ιδεών, αρετές για τις οποίες ο Χάξλεϊ θα κερδίσει την προσωνυμία «μπουλντόγκ του Δαρβίνου». Όμως, για την άλογη αποστροφή και ατεκμηρίωτη άρνηση των δαρβινικών εξελικτικών ιδεών στις μέρες μας θα πούμε περισσότερα στο επόμενο άρθρο.

Του Σπύρου Μανουσέλη














Η πρώτη βιονική μέδουσα με τις «υπερφυσικές» δυνάμεις. Bionic Jellyfish Swim Faster and More Efficiently

Απώτερος στόχος είναι ο μελλοντικός εφοδιασμός τέτοιων βιονικών μεδουσών με ηλεκτρονικούς αισθητήρες και μικροκάμερες, προκειμένου να λαμβάνονται πληροφορίες για την κατάσταση των ωκεανών. Engineers at Caltech and Stanford University have developed a tiny prosthetic that enables jellyfish to swim faster and more efficiently than they normally do, without stressing the animals. The researchers behind the project envision a future in which jellyfish equipped with sensors could be directed to explore and record information about the ocean. Credit: Rebecca Konte/Caltech

Ερευνητές στις ΗΠΑ δημιούργησαν την πρώτη βιονική μέδουσα, η οποία -χάρη στην προσθήκη μιας μικρής ηλεκτρονικής συσκευής- μπορεί να κολυμπήσει τρεις φορές πιο γρήγορα από ό,τι η κανονική μέδουσα.

Απώτερος στόχος είναι ο μελλοντικός εφοδιασμός τέτοιων βιονικών μεδουσών με ηλεκτρονικούς αισθητήρες και μικροκάμερες, προκειμένου να λαμβάνονται πληροφορίες για την κατάσταση των ωκεανών.

Οι ερευνητές των πανεπιστημίων Caltech και Στάνφορντ της Καλιφόρνιας, με επικεφαλής τον καθηγητή του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών Τζον Νταμπίρι, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science Advances», ανέπτυξαν ένα προσθετικό βοήθημα (controller) διαμέτρου δύο εκατοστών, που αποτελείται βασικά από ένα μικροεπεξεργαστή και μια μπαταρία και το οποίο προσαρτάται στη μέδουσα, επιτρέποντάς της να κολυμπά πιο αποτελεσματικά και χωρίς να κουράζεται.

Researchers at Caltech and Stanford use microelectronics to enhance jellyfish swimming. Credit: Caltech

Οι μέδουσες χρησιμοποιούν μια παλμική κίνηση για να κινούνται στο νερό και η νέα προσθετική συσκευή χρησιμοποιεί ηλεκτρικούς παλμούς για να επιταχύνει αυτή την προώθηση, με ένα τρόπο παρόμοιο με αυτόν που ο βηματοδότης ενεργοποιεί ηλεκτρικά την δυσλειτουργική καρδιά. Οι μέδουσες συνήθως κινούνται με ταχύτητα περίπου δύο εκατοστών το δευτερόλεπτο και, με το βιονικό βοήθημα, φθάνουν έως τα έξι εκατοστά ανά δευτερόλεπτο.

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι να αναπτύξουν ένα σύστημα που όχι μόνο θα επιταχύνει τη μέδουσα, αλλά και θα την καθοδηγεί σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις (θυμίζει λίγο…ζόμπι). Σημειωτέον πάντως ότι οι μέδουσες, που υπάρχουν στη Γη για περισσότερα από 500 εκατομμύρια χρόνια, δεν διαθέτουν εγκέφαλο, κεντρικό σύστημα ή υποδοχείς πόνου.