Knjiga: Evolucija jezika (W. Tecumseh Fitch, Ph.D.)

Svako normalno ljudsko dete će naučiti jezik zasnivajući se na prilično oskudnim podacima iz okruženja, dok najinteligentniji šimpanza, izložen istom okruženju, neće. Zašto neće ? Kako i zašto je jezik evoluirao u našoj vrsti a ne u drugima? Još od kada je Darvin objavio "Poreklo vrsta" 1859. godine, pitanja o poreklu jezika su generisala razne hipoteze i rasprave medju biolozima, kako je rasla naučna literatura problem se protezao u ulazio u mnoge druge discipline. Do danas njime se bave lingvisti, antropolozi, kognivitne nauke, genetika, neuronauka i evoluciona biologija.

Tecumseh Fitch, evolucioni biolog (Ph.D.) i profesor kognitivnih nauka na Bečkom Univerzitetu pravi presek do sada i u svojoj knjizi razmatra najvažnije postojeće hipoteze. Knjigu smo prošle nedelje dodali u bazu i možete je preuzeti ovde:

Preuzmi knjigu, 3,5MB

On smatra da jezik takodje podleže evolucionim mehanizmima i da ga treba posmatrati kao deo teorije evolucije uopšte. To je tema koja zahteva interdisciplinarni pristup zbog toga knjiga je malo naprednija, stoga ako vam se po neki deo učini više akademski pisan dobra stvar je što na krajevima postoje rezimei (sumarumi) gde možete lepo pratiti knjigu bez ulaženja baš u svaki detalj i tehnikalije :-)

Evo kratkog opisa o čemu se u njoj uopšte radi. Knjiga počinje uvodom u evoluciju, lingvistiku, životinjsku komunikaciju i kognitivne sposobnosti. Nakon toga Fič iznosi najvažnije postojeće hipoteze o evoluciji jezika i sumira njihove snage i slabosti.

Postoje dve osnovne struje, prvu čine - Continuity theories - koje su bazirane na shvatanjima da je jezik suviše kompleksna stvar da bi se mogao pojaviti od jednom u svojoj finalnoj formi. Morao je evoluirati iz ranijih pra-jezičkih sistema koji su koristili naši preci primati. Druga struja - Discontinuity theories - baziraju se na suprotnoj ideji, da je ljudski jezik tolko specifičan da se ne može porediti sa ničim što postoji u životinjskom svetu, te se kao takav morao pojaviti gotovo iznenada tokom ljudske evolucije.

Postoje i drugi kontrasti medju teorijama, jedni koje vide jezik kao sposobnost koja je genetički ugradjena i onih koje jezik smatraju pre svega proizvodom kulture, prenošenu i učenu tokom socijalnih interakcija.

Bonobo šimpanza Kanzi, razume značenje
preko stotinu izgovorenih reči.

Glavni pomak u ljudskoj evoluciji a koji se tiče jezika, po Fiču desio se sa evolucijom Homo erectusa. Do tog vremena ishrana mesom, upotreba alata, vezivanje za para su verovatno već bili prisutni, ali je teško pronaći dokaze za postojanje jezika. Na žalost jezik nije fosilizovan i nemamo tu vrstu "vremenske mašine" da ga pratimo.Iako je bilo mnogo pokušaja da se anatomija fosila poveže sa sposobnošću govora, Fič ipak misli da ti dokazi nisu zadovoljavajući. Ali isto tako on daje širok opseg drugih stvari koje mogu biti od pomoći. 

On posebnu pažnju posvećuje analizi vokalnog trakta. Nizak položaj ljudskog grkljana (tkzv. "low larynx") nakon detinjstva se smatra adaptacijom za jezik. Hominidi koji nisu imali ovu funkcionalnost (uključujući moguće čak i Neandertalca) smatra se da su verovatno imali i nedostatak sposobnosti govora.

Za jednu od najznačajnijih anatomskih karakteristika kod savremenih ljudi Fič smatra proširenje kičmenog kanala u regionu grudi i vrata, što omogućava bolju sposobnost da se reguliše disanje - koje je jako važno za govor. Takodje, razlog zašto psi i lavovi ne govore, nije samo nedostatak u anatomiji vokalnog trakta, već zato što nemaju potrebnu nervnu umreženost. 

Ljudi, za razliku od drugih sisara, uključujući većinu drugih primata, imaju direktne veze izmedju delova neokorteksa i motornih neurona koji kontrolišu fonetiku, što je neophodno za finu kontrolu vokalnog aparata.

Sposobnost da se imitiraju zvuci i gen FOKSP2

Sposobnost da se imitiraju zvuci je takodje važna za govor. Životinje koje lete ili plivaju su glavni nosioci ove osobine (ptice, foke, kitovi), mi ljudi smo verovatno redak primer medju kopnenim sisarima. Što se genetike tiče, gen FOKSP2 igra važnu ulogu u govoru kod ljudi ali takodje i kod ptica koje pokazuju vokalno učenje - ptice pevačice. Postoje čak i medicinske studije o tome da različiti tipovi oštećenja govora kod ljudi mogu biti genetski povezani sa varijacijama gena FOKSP2. Ljudska verzija ovog gena je eksperimentalno isprobana na miševima, nažalost, nisu započeli govor, ali bilo je suptilne razlike u ultrazvučnoj vokalizaciji i ponašanju životinje dok istražuje teritoriju.

Dalje, možda nema potrebe spominjati, ali govor i jezik su različite stvari. Fič takodje precizira te razlike i razmatra detaljnije prelazak sa govora na jezik. Po njemu kritična faza u celom procesu evolucije jezika je bila ono što on naziva "protojezik".

Speech is just one aspect of human language, and is not even strictly necessary, since both sign language and written language are perfectly adequate for the unfettered expression of thought. However, since it is the normal medium of language in all cultures, it is reasonable to assume that its emergence must have represented a big step in the evolution of language.

Bilo je jako puno pretpostavki o formama koje je on mogao imati. Intuitivno, moglo bi se pretpostaviti da su reči došle prve, bez kompleksnije sintakse da se povežu zajedno.

Gestikulacija i jezik znakova

Takodje, prilično je teško objasniti kako je tekao razvoj sintakse u ovom slučaju. Drugi predlog je da je jezik počeo "gestovima" tj. pokazivanjem. Poznato je da "sign languages" mogu biti veoma složeni, skoro poput govornih jezika, a gestovi mogu ostati prisutni i pored govora.

Gestural models face the difficulty of explaining why our species switched to using speech so thoroughly. It may have been due to the need to communicate in darkness, or because hands became occupied by tools. But speech has disadvantages too. speaking aloud, we cannot safely communicate with our mouths full, or in the presence of dangerous predators, or in loud environments like waterfalls or storms. the selective pressures that might have driven humans to rely so heavily on speech alone remain elusive.

Iako nije sasvim jasno zašto bi gestikulirajući jezik bio zamenjen izgovaranjem reči i tu postoji opet niz hipoteza kako je "zamena" mogla teći.

"Muzička" hipoteza

Treća mogućnost, (što se btw, čini da je ona koju favorizuje i Fič) je muzički "protojezik". Ova zanimjiva ideja takodje je bila izneta od strane Darvina i razmatrana i od kasnijih naučnika. Naime, muzika se ne iskazuje na način na koji jezik to čini, ali Fič daje evolutivnu šemu da pokaže kako složeni jezici, omogućavajući analitičku misao, mogu da se razviju iz pevanja :-) Hipoteza o poreklu muzičkog jezika generiše mnoga proverljiva istraživanja koja sa danas rade i koja će se možda raditi.

nakon Darvina, mnogi naučnici su ozbiljno razmatrali hipotezu o muzičkom protojeziku, ova hipoteza i dan danas privlači veli broj istraživača. Prednost koju nudi ova hipoteza je i to što bi dala objašnjenje i za muziku, još jednu univerzalnu karakterisitku naše vrste.

Što se tiče daljih istraživanja evolucionih korena jezika, Fič smatra da će razvoj genetike u budućnosti verovatno biti jedan od najvažnijih izvora novih i kljlučnih informacija na tom polju. Izvdojiću deo koji se navodi na kraju :

Each of the models of human protolanguages clearly has strengths and weaknesses. Contemporary theorists mix and match among the possibilities, and the truth will probably incorporate elements from each of these models. But since each model of protolanguage makes different predictions about when particular new capabilities appeared during the course of human evolution, they are in principle testable. Genetics provides the most exciting source of new evidence for the origins of language.

DNA recovered from early human fossils allows us to estimate when particular mutations tied to particular aspects of language arose, and when studying more recent genetic changes, it is also possible to estimate the timing of evolutionary events by examining variation in modern humans.

Multiple genes have recently been linked to dyslexia, for example. Although dyslexia is identified by difficulties with learning to read, it often seems to result from some more fundamental problems with the way the sounds of language are processed. These genes may therefore be linked to the phonological components of language, which Darwin’s model would argue evolved early, but which Michael Arbib’s gestural model would predict to be latecomers.

In contrast, genes linked to autism lead to difficulties in understanding others’ thoughts and feelings: capacities linked to semantics. By Darwin’s model the normal human form of these genes should be latecomers, while in a gestural or lexical model they would have become involved in language at an earlier stage. Determining when humanspecific variations of such genes arose in the human lineage may therefore allow us to test hypotheses about protolanguage directly. So although we may never be able to write a Neanderthal dictionary, there is good reason to think that, as our data improves in the coming decades, we will be able to test ideas about human language evolution. The scientific study of language evolution appears to be coming of age.

Sve u svemu, knjiga zalazi u širok spektar teritorija i svakako je važno štivo za svakog ko je zainteresovan da malo dublje zagrebe i istražuje evolucione korene jezika.

Reference:

• Biografija W. Tecumseh Fitch, Ph.D.
  http://www.st-andrews.ac.uk/~wtsf/
• Ostali radovi:
  http://www.st-andrews.ac.uk/~wtsf/publications.htm
• The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex by Charles Darwin (c. 1871) 
• Baboon Metaphysics by Dorothy L. Cheney and Robert M. Seyfarth (University of Chicago Press, 2007)
• Language and Species by Derek Bickerton (Chicago University Press, 1990)
• The Symbolic Species by Terrence Deacon (Norton, 1997) 
• Origins of the Modern Mind by Merlin Donald (Harvard University Press, 1991)
• The Singing Neanderthals by Steven Mithen (Weidenfeld & Nicolson, 2005)
• “The Language Faculty: What is it, who has it, and how did it evolve?” by Marc Hauser, Noam Chomsky and W. Tecumseh Fitch, Science, 2002, vol 298, p 1569
• “Neural systems for vocal learning in birds and humans: a synopsis” by Erich Jarvis, Journal of Ornithology, 2007, vol 148, supplement 1, p 35
• “The derived FOXP2 variant of modern humans was shared with Neanderthals ” by Johannes Krause and others, Current Biology, 2007, vol 17, p 1908
  

Konvergentna evolucija: tetrodotoksin i evoluciono iznalaženje istih rešenja za slične probleme

Otrov Tetrodotoksin (u daljem tekstu TTX) nam otkriva fascinantnu priču o konvergentnoj evoluciji. Priča o njemu počinje prvo od naizgled smešne ribe balon (pufferfish). Ova loptasta riba pripada porodici tetraodontidae (po kojoj je otrov i dobio svoje ime 1909. godine kada je otkriven).  Tetraodontidae su ribe iz porodice četvorozupki (tj. četiri spojena zuba kojima lomi školjke) i imaju sposobnost da naduvaju svoje telo, gutajući vodu, kako bi zbunile napadača i spasile sebe sigurne smrti. Medjitim, čak i izgled bodljikave lopte često neće odvratiti morske pse od njihove prvobitne namere.

Veruje se da su ove ribe najotrovniji kičmenjaci nakon zlatne otrovne žabe (Phyllobates terribilis). TTX im  je pronadjen u jajnicima i jetri, mada se manje količine mogu naći i u crevima i koži, dok je u mišićima prisutan u tragovima. Predatori koji ne odreaguju na prvu odbranu bodljikave lopte i uspeju da je progutaju uginuće bolnom smrću, jer tetrodotoksin dovodi do paralize disajnih organa.

Riba Balon - najotrovniji kičmenjak nakon zlatne otrovne žabe

Tetrodotoksin  je čak 1200 puta otrovniji za ljude nego cijanid. Jedan je od otrova za kojeg još uvek nije poznat protivotrov.  Zanimljivo je da je i pored tolike otrovnosti, ova riba i dalje specijalitet u Japanu, gde se od nje posebnim procesom spravlja delikatesno jelo "fugu". Iako ga spremaju posebno licencirani kuvari, u Japanu godišnje umre oko 200 ljudi usled trovanja.

Na koji način tetrodotoksin ubija žrtvu ?

Sve što ovaj jednostavni alkaloid radi je da parališe nervne ćelije žrtve. Kako ih to parališe? Tako što blokira natrijumske kanale na membranama nervnih ćelija vezujući se za peptidnu grupu. Ovi natrijumski kanali su veoma osteljivi na promenu voltaže. Posledica njihove blokade dalje vodi do toga da joni natrijuma (koji su potrebni nervnoj ćeliji) ne mogu ući u nju usled čega ćelija nije u stanju da "okine" signal i dalje ga prosledi. Stoga ona ostaje bukvalno paralizovana. Time se blokira provodjenje nervnog impulsa duž aksona ćelije, što dalje dovodi do paralize respiratornih mišića i konačno prekida disanja i smrti žrtve.

Tetrodotoksin blokira natrijumske kanale na membranama nervnih ćelija

Zašto onda otrov ne blokira i nervne ćelije životinje koja ga ima u sebi?  Sva tajna imunosti na sopstveni otrov leži u tome što riba poseduje mutaciju vezanu za jednu jedinu amino grupu, koja modifikuje hemijski sastav na natrijumskim kanalima nervnih ćelija .To za posledicu ima da tetrodotoksin ne može da se veže i blokira te kanale, pa joni natrijuma normalno prolaze omogućavajući ćeliji da normalno funkcioniše uprkos otrovu.

Evolucioni razvoj otpornosti na tetrodotoksin

Dugo vremena se za TTX verovalo da ga ima samo kod ribe balon. Medjutim, otrov je u medjuvremenu pronadjen na širokom spektru životinja i bakterija. 1963. godine Brown i Mosher izolovali su isti otrov iz jaja kalifornijskog daždevnjaka. Kasnije je ustanovljeno da se tetrodotoksin nalazi i u nekim drugim životinjama iz redova hapalochlaena (plavo-prstenasti oktopod) i naticidae (vrsta puževa), kao i da je produkt nekih vrsta bakterija iz roda pseudomonas.

Pošto mnoge od ovih vrsta nisu srodne, postavlja se pitanje - kako je onda isti otrov mogao da postane prisutan u svakoj od njih ? Da bi smo razumeli odgovor na to pitanje moramo prvo da zagrebemo malo dublje u poreklo ovog otrova.

Kod mnogih vrsta koje imaju TTX utvrdjeno je da ga zapravo proizvode endosibmbiotske bakterije sa kojima životinja dolazi u susret tokom ishrane. Ove bakterije dakle žive u ribi, tj. pod endosimbiozom se podrazumeva organizam koji živi unutar drugog organizma formirajući tako endosimbiotski odnos  (endo - "unutra"). Endosimbioza je čest slučaj u prirodi, a ovih bakterija ima kako na kopnu tako i u okeanu. Neke od njih koje su u stanju da proizvode TTX - uglavnom su iz roda vibrio i roda pseudomonas.

Da ste životinja koja je tokom evolucije stekla ovu mutaciju na natrijumskim kanalima bili biste u stanju da normalno živite sa ovim bakterijama i koristite prednosti otrova koja one u vama nagomilavaju (za odbranu od predatora i drugih prirodnih neprijatelja). Takodje, druge vrste koje žive pored vas a koje nisu otporne na TTX ne mogu jesti hranu u kojoj ima TTX-a što vam dodatno daje prednost jer ostaje više hrane za vas.

Takodje, endosimbiotsku priču sa bakterijama potvrdjuju i istraživanja gde su ribe balon uzgajane u izolovanim uslovima bez pristupa hrani koja može sadržati TTX, tada nisu ni malo otrovne. Ali, ukoliko im se omogući hrana koja ima TTX, one ubrzo postanu otrovne. Takodje, toksičnost samih riba varira od jedinke do jedinke, ali i od regiona u kom žive, što je verovatno uzrokovano time da TTX nije baš prisutan na svim staništima i u istoj meri.

Primer sa krilima na udaljenim vrstama

Šta nam ova cela priča sa TTX do sada govori? Pored ostalog, govori da su životinje različitog srodstva razvile gotovo isti mehanizam odbrane ovim snažnim otrovom, zahvaljujući endosimbiozi sa bakterijama koje generišu TTX. Upravo taj proces putem kojeg priroda na različitim vrstama pronalazi ista rešenja za isti problem nazivamo konvergentnom evolucijom (ili paralelizmom).

Tačnije, konvergentna evolucija podrazumeva razvoj sličnih osobina i sličnih organa sa istim funkcijama kod vrsta koje nisu medjusobno srodne. Pored tetrodotoksina imamo i dosta drugih primera.

Klasičan primer su krila ptice, reptila, šišmiša i recimo vilinog konjica (kojeg bi se moglo dodati na donju sliku). Njihov zajednički predak nije imao krila, što ipak nije sprečilo svaku od njih da iskoristi mogućnost letenja. Rešenje sa jednim parom krila se pokazalo kao evoluciono uspešno.

Krila ovih životinja imaju različite anatomske osnove 3 porekla: ptica, reptil, sisar

Slično je i sa prednjim ekstremitetima krtice i jedne vrste cvrčka koji su kod obe vrste prilagodjeni kopanju pod zemljom. Zbog toga su se kod njih razvili slični oblici, iako medjusobno zaista nisu srodni. Krtica je sisar, a cvrčak je insekt, što je više nego očigledno već na temelju njihovog osnovnog plana gradje (egzoskelet kod insekta, unutrašnji skelet kod krtice). Razlog ovom konvergentnom razvoju su jednaki faktori prirodne selekcije koji su doveli do sličnih adaptacija.

Konvergentna evolucija je bitna i još iz jednog razloga - zahteva da povećamo oprez. To jest, ako na različitim vrstama živih bića pronadjemo iste funkcionalnosti (rešenja) to ne mora obavezno značiti da su vrste srodne, već da ih mogu povezivati samo isti uslovi sredine i selektivni pritisci pod kojima žive.

Reference:

• http://www.mapoflife.org/topics/topic_396_Tetrodotoxin/
• http://en.wikipedia.org/wiki/Tetrodotoxin
• http://en.wikipedia.org/wiki/Pufferfish
• Y. Zasshi, „Historical review on chemical and medical studies of globefish toxin before World War II“, Japanese Society for History of Pharmacy, 1994, 29, 428-434.
• M. S. Brown, H. S. Mosher, „Tarichatoxin: Isolation and Purification“, Science, 1963, 140, 295-296.
• H. D. Buchwald, L. Durham, H. G. Fischer, R. Harada, H. S. Mosher, C. Y. Kao, F. A. Fuhrman, „Identity of Tarichatoxin and Tetrodotoxin“, Science, 1964, 143, 474-475.
• Y. Kishi, T. Fukuyama, M. Aratani, F. Nakatsubo, T. Goto, S. Inoue, H. Tanino, S. Sugiura, H. Kakoi, „Synthetic studies on tetrodotoxin and related compounds. IV. Stereospecific total syntheses of DL-tetrodotoxin“, J. Am. Chem. Soc, 1972, 94, 9219-9221.
• N. Ohyabu, T. Nishikawa, M. Isobe, „First Asymmetric Total Synthesis of Tetrodotoxin“, J. Am. Chem. Soc, 2003, 125, 8798-8805.
• A. Hinman, J. D. Bois, „A Stereoselective Synthesis of (−)-Tetrodotoxin“, J. Am. Chem. Soc, 2003, 125, 11510-11511.
• P. Wexler, Encyclopedia of Toxicology, Second edition, Elsevier, 2005, 161-162.

Tetraodontidae i misterija neobičnih podvodnih struktura

Podvodne fotografije neobičnih peščanih struktura, koje je uslikao japanac Yoji Ookata, postale su hit nakon objavljivanja na Discovery kanalu. Geometrijski pravilne strukture, veoma precizno uradjene su postale misterija, neki su ih čak počeli povezivati sa posetama vanzemaljaca.

Medjutim, pravi kreator ovih gradjevina je snimljen tek pre nekoliko dana. U pitanju je riba Balon (Tetraodontidae), poznata kao skupocen specijalitet u Japanu, a čiji smo otrov Tetrodotoksin spominjali pre neki dan.

Biolozi su primetili da ova riba koristeći samo svoja peraja uspeva da napravi ovako precizne figure od peska. Tetraodontidae inače spada u familiju morskih i priobalnih riba. Naučni naziv (Tetraodontidae), potiče od četiri velika zuba spojena u dve „ploče“ koje ova riba koristi kako bi razorila svoj plen; školjke rakova i mekušce. Takođe ima sposobnost da se „naduva“, uvećavajući svoje telo i izbacujući pritom bodlje (skrivene u nenaduvenom stanju). Smatraju se za jedne od najotrovnijih kičmenjaka na svetu, odmah posle zlatne otrovne žabe.

Zašto ove ribe prave ovako fascinantne oblike u pesku ?

Biološka istraživanja su pokazala da na ovaj način mužjaci Tetraodontidae privlače ženke koje biraju one krugove koji su što preciznije i bolje uradjeni. Ulaskom u "gradjevinu" doći će do centralnog dela gde će se pariti i konačno položiti jaja u sredinu kruga. Primećeno je i to da mužjaci posvećuju silno vreme uredjujući svoju gradjevinu. Nekad su u stanju iskrckati manje školjke kako i sa njima dodatno ukrasili ivice pešćanih oblika :-)

Istraživači su takodje sproveli eksperimente unutar laboratorijskih uslova i ustanovili da ovakvi peščani oblici imaju i druge važne uloge. Ivice i oblici uspevaju da neutralizuju horizontalno kretanje vode na dnu, štiteći na ovaj način jaja i sprečavajući ih da budu odnesena unaokolo. Što daje dodatno objašnjenje zašto baš ovakav oblik strukture riba gradi.

Kao zaključak neka ostane rečenica koju su ostavili autori članka :-)

"It was a true story of love, craftsmanship and the desire to pass on descendants."

Link:
http://whyevolutionistrue.wordpress.com/2012/09/21/a-marine-mystery-solved/

Riba Balon (Tetraodontidae)
http://en.wikipedia.org/wiki/Tetraodontidae

Strategija "izvoli komadić mene, probaj me, odvratnog sam ukusa, nećeš se najesti"

Generalno, ako bi vas napalo drugo biće koje želi da vas pojede. Poslednja stvar koju biste hteli da uradite je da mu date mali "komadić" sebe, da proba ukus vašeg ukusnog mesa i da ga time još više podstaknete. Medjutim, ovaj mali gušterčić, poznat kao teksaški rogati gušter (Phrynosoma cornutum) dužine oko 7 cm, evoluciono je razvio takvu strategiju da radi upravo to. Kada mu se predator približi on isprska mali primerak sopstvene krvi, koja ima izuzetno odbojan ukus, kako bi mu rekao nešto što liči na "odvratnog sam ukusa, od mene se nećeš najesti".

A da stvar bude još čudnija, on ovaj primerak krvi isprska nekad iz usta a nekad i iz svojih očiju, iz kojih može dobaciti čak do 1,5 metar. Medjutim, strategija mu je takva da njegov spas istodobno može biti i njegova smrt. Ako predator ne odustane, Phrynosoma će istiskivati krv dokle god u telu ne ostane ni kapi, što znači do sopstvenog kraja.

Zanimljivo je i to da je ova vrsta postojala i pre 30 miliona godina (rani miocen). Plemena Navajo, Hopi, Papago, Pima su u sve svoje legende uključivala i rogate guštere, i to kao simbole snage i snalažljivosti.

Phrynosoma cornutum

Danas, ovaj mali gušterko, iako se hrani uglavnom mravima, skakavcima i termitima, veoma je ugrožena vrsta. Preostalo je svega 30% nekadašnje populacije. Kao razlozi nestanka navode se pojave pesticida ali i pojava invazivnih vrsta koje ranije nisu postojale na njegovom staništu, medju kojima su veoma agresivni "vatreni" mravi, (Solenopsis invicta).

Za više informacija o ovom gušteru:
http://www.phrynosoma.org/cornutum.html
http://www.iucnredlist.org/details/64072/0

Ernst Majr: Osnovi evolucione biologije, diverzitet života i filozofska razmatranja

Ernst Valter Majr (Ernst Walter Majr 5.7.1904. — 3.2.2005.) bio je jedan od vodećih evolucionih biologa 20. veka. U svom naučnom radu bavio se i taksonomijom, ornitologijom, istorijom nauke i prirodnjaštvom (naročito istraživanjima u tropskim predelima). Rad Ernsta Majra vodio je stvaranju savremene evolucione sinteze. Naredni tekst je prvi deo prevoda njegovog eseja o osnovama evolucione biologije i diverzitetu života.

Ernst Majr je započeo studije 1923. godine na Medicinskom fakultetu pri Univerzitetu u Grajfsvaldu, ali je 1925. godine prešao na studije zoologije. Završio je svoju doktorsku disertaciju 1926. godine, u svojoj 21. godini.

U čemu leži tajna iza neobičnog svojstva vode da u tečnom stanju ima veću gustinu nego u čvrstom ?

Samo jedno od brojnih neobičnih svojstava vode (H2O), usled kojeg je život na Zemlji opstao, je to da za razliku od većine ostalih jedinjenja ona - u tečnom stanju ima veću gustinu nego u čvrstom (kada je zaledjena). Što dovodi to toga da led umesto da potone, ostaje da pluta na njenoj površini. Da kojim slučajem nema ove hemijske anomalije vode, reke i jezera bi se smrzavali od vrha do dna umesto samo na površini (što omogućava životu da prezimljava u toplijoj vodi ispod tačke mržnjenja). Da nema ove anomalije, pitanje je da li bi život uopšte i imao svoju evolucionu istoriju.

Da je kojim slučajem led teži od vode, padao bi na dno, a reke i jezera bi se smrzavali
od vrha do dna  umesto samo na površini. Život ne bi bio u stanju da prezimljava
o opstaje u toplijoj vodi ispod tačke mržnjenja.

Dobro, otkuda ova anomalija, zašto je led lakši od vode ?

Veća gustina u tečnom stanju vode je rezultat neuobičajenog ponašanja njenih molekula. Zapravo, molekuli vode se odlikuju polarnošću, zbog asimetrične distribucije elektrona. U prostornom rasporedu, u molekulu vode, vodonikovi atomi (H) se nalaze pod uglom od 104,3 stepena u odnosu na atom kiseonika (O) zbog čije se izrazite elektronegativnosti formiraju dve kovalentne veze O-H i dve hidrogenske veze kojima se medjusobno privlače atomi vodonika sa susednim molekulima vode.

Vodonikovi atomi (H) se nalaze pod uglom od
104,3 stepena u odnosu na atom kiseonika (O)

Šta su i zašto nastaju hidrogenske veze medju molekulima vode ?

Hidrogenska veza je posledica elektronegativnost atoma. Elektronegativnost možemo najjednostavnije definisati kao "snagu kojom jezgro atoma privlači elektrone ka sebi" Veoma elektronegativan atom, kao što je recimo atom fluora, teži da privuče ka sebi ne samo svoje sopstvene elektrone, već i elektrone iz kovalentne veze sa drugim atomima.

Kada se susretnu dva atoma koji nemaju jednaku elektronegativnost, elektronegativniji element teži da ka sebi privuče elektrone iz njihove veze. Kod molekula vode, imamo kisonik (O) koje ima znatno veću elektronegativnost od atoma vodonika (H). Što dovodi do toga da se elektroni u molekulu vode kreću tako da duže ostaju na strani kiseonika a manje na strani vodonika. Jedna strana molekula postaje pozitivno a druga više negativno naelektrisana. Ako bi smo to grafički prikazali izgledalo bi ovako :

Zbog većе elektronegativnosti atoma kiseonika, kovalentna veza
izmedju O i H ima polaran karakter što omogućava da se molekuli
vode medjuosbno privlače gradeći tako hidrogenske veze.

Važna stvar je to što su ove hidrogenske veze znatno slabije od kovalentnih. Zbog ovoga, voda se ponaša kao velika trodimenzionalna mreža, koja je u stanju da se neprestano reorganizuje.

Na temperaturi nižoj od 0 stepeni celzijusa ova trodimenzionalna mreža usporava kretanje molekula sve dok ne uspostavi pravilan oblik u kojoj je svaki molekul vode vezan hidrogenskom vezom za 4 okolna molekula vode tj dok ne postane led. Dok u tečnom stanju slučajni pokreti molekula izazivaju stalno pucanje hidrogenskih veza, i stvaranje novih, hiljadama milijardi puta u sekundi. U tečnom stanju trodimenzionalna mreža omogućava molekulima H20 da ostvare i više od 4 veze sa susednim molekulom. Upravo taj nepravilan oblik rešetke omogućava tečnoj vodi da ima veću gustinu.

U tečnom stanju slučajni pokreti molekula izazivaju stalno pucanje hidrogenskih veza, i stvaranje novih, hiljadama milijardi puta u sekundi. kao posledica toga molekuli vode mogu da ostvare više od 4 veze sa susednim molekulom istovremeno - što je ključan razlog zašto tečna voda ima veću gustinu od leda.

Pored ove anomalije za koju je pre svega zahvalna polarnost molekula vode, postoji i još jedna izuzetno važna. Polarnost omogućava da voda bude glavni medijum za transportovanje velike količine disosovanih jona, kao i različitih polarnih organskih jedinjenja (sećera, amino kiselina, proteina), koji čine osnovne gradivne blokove svih živih organizama na planeti. O drugim "anomalijama", biće reči u nekom od narednih tekstova.

Žaba bez pluća koja je evoluirala "unazad", je rezultat evolucije a ne greška prirode

Barbourula kalimantanensis je retka, primitivna, mala žaba oko 38mm dužine, 6,5g težine, s pljosnatom glavom, koja živi u hladnim i brzim potocima Bornea. Latinski naziv su dobile prema mestu prebivališta (u prevodu, onaj koji živi na Borneu). Pripada porodici bombinatoridae.

Istini za volju, ova žabica prvi put je opisana 1978.god.od strane indonežanskog naučnika, ali je prošlo 30 godina do izvodjenja zaključka naučnika da se radi o žabi sa posebnim detaljem, odnosno, o žabi bez pluća. Jedini četvoronožni kičmenjaci kod kojih je došlo do gubitka pluća su ova žaba i osam daždevnjaka. Oblik njenog tela neće proći nezapaženo, jer je praktično ravan.

Gubitkom pluća žaba je promenila oblik tela u pljosnat, a samim tim je povećala površinu kože za razmenu gasova. Naučnici smatraju da je to jedina prednost gubitka pluća i da će takva žaba pre potonuti nego plutati pa će je vodena struja odnete. Potoci u kojima žive ove žabe su bogati kiseonikom.

Barbourula kalimantanensis

Ova vodena žaba je evoluirala unazad, na sasvim drugačiji način od ostalih vodozemaca. Dakle, suprotno uvreženom mišljenju da su vodozemci, potomci riba, odbacili škrge i razvili pluća kako bi boravili na kopnu. Bez pluća može da preživi samo životinja sa malom telesnom veličinom, sporim metabolizmom, životom u brzim i hladnim vodama gde je brza razmena kiseonika i ugljen-dioksida.

Možemo zaključiti da su ove žabice odbacile pluća kako bi se prilagodile životu u hladnoj vodi koja je daleko bogatija kiseonikom. Njen najbliži srodnik, Barbourula busuangensis, ima pluća. Tako da se može još jednom potvrditi da je ovaj "nedostatak" pluća vezan za stanište. Inače, vrsta je navedena kao ugrožena zbog gubitka staništa, ispuštanja industrijskih toksičnih metala u reke i ilegalnih rudnika zlata (pri vadjenju zlata koristi se živa) .

Više informacija:
Bickford, D., Iskandar, D., and Barlian, A. (2008). ''A lungless frog discovered on Borneo.''Current Biology, 18, R374-R375.
http://amphibiaweb.org/cgi/amphib_query?where-genus=Barbourula&where-species=kalimantanensis
http://www.science20.com/news_releases/aquatic_frog_barbourula_kalimantanensis_has_no_lungs