Google+ Η επικράτεια των Αρχαίων και ένας ανατρεπτικός εξελικτικός βιολόγος : Biology4u.gr

Η επικράτεια των Αρχαίων και ένας ανατρεπτικός εξελικτικός βιολόγος

Έχει καταχωριστεί στις κατηγορίες: ΠΡΟΣΩΠΑ από στις 13 Δεκεμβρίου 2013

Θα θυμάστε προηγούμενο σημείωμά μας που αναφερόταν στην χαρακτηριστική βραδύτητα με την οποία το εκπαιδευτικό μας σύστημα, ανανεώνει προγράμματα σπουδών και σχολικά εγχειρίδια, ώστε να εντάσσει τη νέα γνώση που παράγουν οι ταχέως εξελισσόμενοι κλάδοι όπως η Βιολογία.

Με ένα τέτοιο παράδειγμα βραδύτητας θα ασχοληθούμε στο σημείωμα αυτό, πρώτον για να θυμηθούμε τον Carl Woese (1928-2012), τον επιστήμονα, που ανέτρεψε το παραδοσιακό ταξινομικό σχήμα των οργανισμών, και δεύτερον για να επισημάνουμε έναν επίμονο αναχρονισμό που διατηρείται στη διδασκαλία της Βιολογίας στη χώρα μας, 30 και πλέον μετά την κατάρριψή του, από τον Woese.

Εισαγωγή

Ας πιάσουμε όμως τα πράγματα από την αρχή. Από τότε που η Βιολογία διδάσκεται ως ιδιαίτερο αντικείμενο, λιγότερο τα σχολικά εγχειρίδια (από τα οποία παραδόξως απουσιάζει μια συστηματική ταξινόμηση των οργανισμών) και περισσότερο η διδασκαλία, διακρίνουν τα έμβια όντα σε 5 μεγάλα βασίλεια. Τα βασίλεια των Πρωτίστων (Πρωτόζωα και Φύκη), των Ζώων (δηλ. των πολυκύτταρων ζωικών οργανισμών), των Φυτών (δηλ. των πολυκύτταρων φυτικών οργανισμών), των Μυκητών και τέλος,  το βασίλειο των Μονήρων (δηλ. οι προκαρυωτικοί οργανισμοί στους οποίους εντάσσονταν συλλήβδην, τα βακτήρια). Η διάκριση αυτή, για την επικαιρότητα της οποίας θα μιλήσουμε στη συνέχεια, έχει πίσω της πολύ ιστορία, αφού -από συστάσεως της επιστήμης τους- μια αγαπημένη ασχολία των βιολόγων, ήταν η ταξινόμηση των οργανισμών.

Το κοινό γνώρισμα των ταξινομικών σχημάτων, ως τα μέσα της δεκαετίας του 70

Η πληρέστερη και περισσότερο ευρεία προσπάθεια ταξινόμησης έγινε τον 18ο αιώνα από τον Κάρολο Λινναίο, τον σουηδό βοτανολόγο που επεχείρησε να κατατάξει τους οργανισμούς σε διάφορες ταξινομικές μονάδες, με βάση το βαθμό ομοιότητας των φυσικών χαρακτηριστικών τους. Ο Κάρολος Λινναίος, χωρίς αμφιβολία πρόσφερε πολλά στη Βιολογία με το σύστημα ταξινόμησης που πρότεινε, αλλά και με την ονοματοδοσία των οργανισμών που απέρρεαν από αυτό, βοηθώντας στη συστηματοποιημένη μελέτη τους. Εν τούτοις ο Λινναίος καθώς δεν πίστευε στην εξέλιξη, θεωρούσε τα είδη ως αμετάβλητες οντότητες. Την αντίληψη αυτή, έναν αιώνα αργότερα αμφισβήτησε ο Κάρολος Δαρβίνος με τη δημοσίευση της «Καταγωγής των ειδών» στην οποία περιλαμβανόταν το πρώτο Δένδρο της Ζωής, στο οποίο υπάρχοντα, αλλά και εξαλειφθέντα είδη, τοποθετούνταν σε διαρκώς διαχωριζόμενους κλάδους, έτσι που να απεικονίζονται οι εξελικτικές σχέσεις των ειδών. 

Το δένδρο της ζωής, του Κ. Δαρβίνου

Έτσι η διάκριση των οργανισμών στα 5 βασίλεια που πρότεινε στο τέλος της δεκαετίας του 60, ο Αμερικανός οικολόγος Robert Harding Whittaker και δέσποσε σε όλη τη διάρκεια της δεκαετίας του 70, ήταν, εν πολλοίς, αποτέλεσμα της υιοθέτησης της μεθόδου του Λινναίου, να ταξινομεί τους οργανισμούς με κριτήρια την ομοιότητα των φυσικών χαρακτηριστικών τους. 

Carl Richard Woese

Εδώ λοιπόν μπαίνει στην ιστορία μας, ο αμερικανός εξελικτικός βιοφυσικός και μικροβιολόγος Carl Richard Woese που με την εργασία του, ανέτρεψε το σχήμα των 5 βασιλείων που είχε προτείνει ο Whittaker, με ένα νεώτερο και περισσότερο προσφυές στην ποικιλομορφία των εμβίων όντων, όπως μπορεί να γίνει σήμερα αντιληπτή στο γονιδιωματικό αιώνα της Βιολογίας.

Πιο συγκεκριμένα ο Woese εισηγήθηκε ένα ριζοσπαστικό ταξινομικό σχήμα στο οποίο όλα τα έμβια όντα ομαδοποιούνται σε 3  διαφορετικές επικράτειες. Στην επικράτεια των Ευκαρύων, τοποθέτησε και τα 4 βασίλεια των ευκαρυωτικών οργανισμών (Πρὠτιστα, Μετάζωα, Μετάφυτα, Μύκητες) και διέσπασε το βασίλειο των προκαρυωτικών οργανισμών (Μονήρη) σε δύο επικράτειες. Την επικράτεια των Ευβακτηρίων (ή απλώς βακτηρίων) στην οποία συμπεριέλαβε τα συνήθη βακτήρια και την επικράτεια των Αρχαίων (αρχαιοβακτήρια) στην οποία τοποθέτησε βακτήρια των οποίων τα «ασυνήθη» βιοχημικά χαρακτηριστικά, δεν δικαιολογούν πλέον την υπαγωγή τους στα «κανονικά» ευβακτήρια.

Η ταξινόμηση αυτή δικαιώθηκε από την επακόλουθη μελέτη, που απέδειξε ότι η ποικιλομορφία μεταξύ των φυτών και των ζώων είναι μικρότερη απ΄ότι μεταξύ των βακτηρίων, έτσι ώστε να μπορούν να συγκαταταχθούν στα Ευκάρυα, και επίσης ότι η φυλογενετική προέλευση των αρχαίων, που τα διαφοροποιεί από τα «κανονικά» βακτήρια, καθιστούσε επιβεβλημένη την απομάκρυνσή τους από την επικράτεια των ευβακτηρίων.

Πίσω όμως από τη ριζοσπαστική πρόταση του Woese, υπήρχε μια εξίσου ριζοσπαστική μέθοδος εργασίας. Πριν όμως προχωρήσουμε σε αυτήν, χρήσιμο είναι να αναφερθούμε σε αυτήν την λανθασμένα τοποθετημένη στα βακτήρια ομάδα οργανισμών, των οποίων η μελέτη, άλλαξε ριζικά το τοπίο της συστηματικής.

Τα αρχαία

Τα αρχαία μοιάζουν σε αρκετά χαρακτηριστικά με τα βακτήρια αλλά παρουσιάζουν και κοινά χαρακτηριστικά με τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (βλ. πίνακα). Το σχήμα τους και το μέγεθός τους είναι παρόμοιο με των βακτηρίων, υπάρχουν όμως μερικά με ιδιόρρυθμο σχήμα, όπως λ.χ. τα αρχαία που ανήκουν στο γένος των Haloquadratum, που έχουν σχήμα κανονικού ορθογωνίου! Παρά τη φαινομενική ομοιότητά τους με τα βακτήρια, η οργάνωση των γονιδίων τους και τα ένζυμα που συμμετέχουν στη μεταγραφή και τη μετάφραση, τα καθιστούν συγγενέστερα με τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.

Αρχικά θεωρήθηκαν συλλήβδην ακραιόφιλα (ακραία αλόφιλα και ακραία θερμόφιλα), μια και πολλά από αυτά εντοπίστηκαν σε περιβάλλοντα με υψηλή αλατότητα,  θερμοπηγές, ακόμα και κάτω από χιλιόμετρα πάγου, στον Αρκτικό κύκλο. Σήμερα όμως είναι γνωστό ότι εποικίζουν και ηπιότερα περιβάλλοντα στα οποία περιλαμβάνονται τα έλη, τα ιζήματα λιμνών,  και επίσης ο ανθρώπινος οργανισμός (ως τμήμα του μικροβιώματος του παχέος εντέρου).   

   ΕΠΙΚΡΑΤΕΙΑ
Χαρακτήρας Βακτήρια Αρχαία Ευκάρυα
 Πυρηνικός φάκελος  –  –  √
Μεμβρανώδη οργανίδια  –  –  √
Πεπτιδογλυκάνη στο κυτ. τοίχωμα  √  –  –
 Λιπίδια μεμβρανών Με μη διακλαδισμένους υδρογονάνθρακες Μερικοί διακλαδισμένοι υδρογονάνθρακες Με μη διακλαδισμένους υδρογονάνθρακες
1ο εντασσόμενο αμινοξύ Φορμυλο-μεθειονίνη   Μεθειονίνη Μεθειονίνη 
 Ύπαρξη εσωνίων Εξαιρετικά σπάνια   Σε μερικά γονίδια Στην πλειονότητα των γονιδίων 
 Είδη RNA πολυμεράσης  1  Αρκετά είδη Αρκετά είδη 
 Ιστόνες συνδεδεμένες με DNA  Σε μερικά είδη  √
 Επίδραση χλωραμφαινικόλης και στρεπτομυκίνης  Αναστέλει την ανάπτυξη  Δεν αναστέλει την ανάπτυξη Δεν αναστέλει την ανάπτυξη 
Κυκλικό χρωμόσωμα  √  √
Ανάπτυξη σε θερμοκρασία μεγαλύτερη των 100οC Δυνατή σε μερικά είδη

 Αναφορικά με την εξέλιξή τους πιστεύεται ότι τα Αρχαία διαχωρίστηκαν πολύ νωρίς στην ιστορία της ζωής από την καταγωγική γραμμή των βακτηρίων και ότι μοιράζονται κοινή φυλογενετική προέλευση με τους Ευκαρυώτες, ενώ περιλαμβάνουν 4 επιμέρους κλάδους (Κοραρχαιωτικά, Ευρυαρχαιωτικά, Κρεναρχαιωτικά, Νανοαρχαιωτικά).

H ριζοσπαστική μέθοδος εργασίας του Carl Woese

Όπως ήδη ελέχθη, ως τα μέσα της δεκαετίας του 70 η συστηματική ταξινόμηση όλων των οργανισμών βασιζόταν στην ομοιότητα των φυσικών χαρακτηριστικών τους, μια δηλαδή μέθοδος που δεν ήταν τόσο παραγωγική, στη διάκριση των προκαρυωτικών οργανισμών, όπως στους ευκαρυωτικούς, ενώ παράλληλα δεν απεκάλυπτε την ακριβή εξελικτική ιστορία τους.

Αντί λοιπόν αυτής της μεθόδου, ο Woese επέλεξε να συγκρίνει την αλληλουχία του γονιδίου που κωδικοποιεί το RNA της μικρής ριβοσωμικής υπομονάδας στα βακτήρια, στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς και στα αρχαία, για να βρει τελικώς ότι με βάση αυτόν τον εξελικτικό δείκτη, τα αρχαία είναι τόσο συγγενή με τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, όσο και με τα βακτήρια, ώστε να είναι επιβεβλημένος ο διαχωρισμός τους από τα τελευταία και η υπαγωγή τους σε μια νέα τρίτη επικράτεια.

Έτσι όμως δεν μετέβαλε μόνο το ταξινομικό σχήμα που δέσποζε για μια δεκαετία, αλλά σηματοδότησε τη γένεση της μοριακής συστηματικής και φυλογένεσης, προσθέτοντας στη μελέτη των εξελικτικών σχέσεων την ανάλυση των γονιδιωμάτων, με την οποία η συστηματική πέρασε αμετάκλητα στον γονιδιωματικό αιώνα.

Επίλογος

Μετά από όλα αυτά, τι λέτε; Δεν θα έπρεπε να αναθεωρήσουμε και στη διδασκαλία το αναχρονιστικό σχήμα της διάκρισης των οργανισμών στους ευκαρυωτικούς και τα βακτήρια;

Για τη σύνταξη του σημειώματος χρησιμοποιήθηκαν οι πηγές:

Ετικέτες: ,

Ο σχολιασμός έχει κλείσει