Friday, June 19, 2009

Θεμελιώδεις Αρχές της Βιολογίας

Το παρόν κεφάλαιο καλύπτει ορισμένες από τις θεμελιώδεις έννοιες της βιολογίας. Σκοπός του είναι να χρησιμεύσει ως οδηγός σπουδών για τις γενικές γνώσεις που χρειάζονται σε ένα μάθημα βιολογίας που απευθύνεται σε μη βιολό-γους. Ο αναγνώστης μπορεί να ανατρέξει σε εικονογραφημένα κείμενα και γραφικά σχήματα που βρίσκονται σε αφθονία στην δευτερεύουσα βιβλιογραφία και που εδώ έχουμε παραλείψει.
Κατά τη διδασκαλία των θεμελιωδών αρχών της βιολογίας στους φοιτητές, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στη σπουδαιότητα που έχουν όλες οι μορφές ζωής στον πλανήτη, στην αλληλεξάρτηση και στην ενότητα που διέπει όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Η επιβίωση κάθε είδους εξαρτάται από τη συνέχεια της ύπαρξης του συνόλου των ζωντανών οργανισμών που απαρτίζουν το βιο-περιβάλλον. Είναι σημαντικό, ότι το βιο-περιβάλλον είναι κάτι περισσότερο από το απλό σύνολο όλων των ζώων, των φυτών και των μικροοργανισμών. Το βιο-περιβάλλον μπορεί να εξεταστεί ως ένα ακέραιο, εσωτερικά συνδεδεμένο σύστημα. Η ανθρωπότητα είναι τμήμα αυτού του παγκοσμίου συστήματος κι επομένως πρέπει να σέβεται τους νόμους του και να μη τους παραβιάζει.
Ο όρος "βιος" αναφέρεται στο σύνολο της ζωής στη Γη. Η έννοια του βίου βρίσκεται στον πυρήνα της βιοπολιτικής. Η θεωρία του βίου τονίζει ότι όλα τα ζωντανά όντα αλληλεξαρτώνται. Μέσα στο πλαίσιο της βιοπολιτικής δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη δημιουργική έμπνευση που νιώθουμε όταν μελετούμε τα έμβια όντα: πουλιά και ψάρια, έντομα και μικρόβια. Καθώς ο βίος θεωρείται μία ακέραιη ολότητα, η βλάβη που προκαλείται σε οποιοδήποτε έμβιο ον, θα επηρεάσει αναμφισβήτητα ολόκληρο το σύνολο του βίου που περιλαμβάνει και το ανθρώπινο είδος.
Καθώς η σύγχρονη τεχνολογία έχει μία ολοένα αυξανόμενη αρνητική επίδραση στη βιοποικιλότητα, είναι αναγκαίο να κατανοήσουν και να αποδεχ-τούν οι άνθρωποι την αξία του βίου. Με σκοπό να δοθεί ένα τέλος στην αλόγιστη συμπεριφορά του ανθρώπου προς το βιο-περιβάλλον, είναι σημαντικό να αποκτήσουν οι άνθρωποι σωστή γνώση των βασικών ιδιοτήτων της κατασκευής και της λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών. Αυτή η ελάχιστη γνώση της βιολογίας είναι ουσιαστική προϋπόθεση για τη διατήρηση και αναβάθμιση του βίου από τους ανθρώπους, ανεξάρτητα από επάγγελμα, εθνικότητα, φυλή, ηλικία και φύλο. Αυτή η βασική γνώση θα βοηθήσει για παράδειγμα ένα μηχανικό κατασκευών να σχεδιάσει σωστά ένα κτίριο, ώστε να αποτρέψει την πιθανότητα πρόκλησης σοβαρής βλάβης στο βιο-περιβάλλον. Θα δώσει επίσης τη δυνατότητα σε έναν πολεοδόμο να εναρμονίσει την ανάπτυξη μίας πόλης με αυτή του βίου και θα διευρύνει το πεδίο της σκέψης ενός νομικού που συχνά κατατρίβεται με οικολογικές διαμάχες.
Στόχοι
• να γίνει φανερό στους ανθρώπους που δεν έχουν ως κύριο αντικείμενο ενασχόλησης τη βιολογία, πόσο σημαντική είναι η διατήρηση ολόκληρου του πλούτου του βίου. Ο πλανήτης μας είναι μοναδικός ως προς ότι κατοικείται από έμβια όντα. Ο βίος είναι ένα ανεκτίμητο δώρο. Το μέλλον της ανθρωπό-τητας, αλλά και η ίδια η ύπαρξή της εξαρτώνται από το βιο-περιβάλλον,
• να δοθεί βοήθεια στους ανθρώπους ώστε να αποφύγουν τους κινδύνους, που μπορούν να προκύψουν από την επιδείνωση της κατάστασης του περιβάλ-λοντος και να αντιληφθούν την πολυπλοκότητα που χαρακτηρίζει τη δραστη-ριότητα του βίου και την εύθραυστη αλληλεξάρτηση μεταξύ όλων των μορφών ζωής,
• να αποκαλυφθεί το νόημα του βίου ως δυναμικού παράγοντα που ενώνει τους ανθρώπους, πέρα από γεωγραφικά και εθνικά σύνορα. Η έννοια του βίου μπορεί επίσης να οδηγήσει την ανθρωπότητα στη δημιουργία μίας καινούργιας συμμαχίας με το βιο-περιβάλλον, ώστε οι δύο να συνυπάρξουν και να συνεξελιχθούν σε αρμονία,
• να αντιστραφεί η σημερινή τάση για κατακερματισμό της γνώσης, να προωθη-θούν ενωτικές βιοκεντρικές αξίες σε κάθε ειδικότητα,
• να προωθηθεί η βιο-θεώρηση της τεχνολογίας, με βάση νέες αξίες που προκύπτουν από τη βαθύτερη κατανόηση της επίδρασης της τεχνολογίας στο βιο-περιβάλλον.
Θεμελιώδεις Γνώσεις
Ο πλανήτης Γη είναι γεμάτος από ζωή. Ο βίος συγκεντρώνεται στα βουνά και στις πεδιάδες, στις πόλεις και στις αγροτικές περιοχές, στις θερμές πηγές και στα βαθιά νερά του ωκεανού. Η προσαρμοστικότητα του βίου στις διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και η ποικιλία των ζωντανών οργανισμών είναι εκπληκτική. Ενα βακτηρίδιο και ένας ιπποπόταμος, ένα χελιδόνι και ένα πεύκο, όλα δείχνουν την τεράστια ποικιλία και την εσωτερική ενότητα του βιο-περιβάλλοντος.
Ταξινόμηση των Ζωντανών Οργανισμών
Οι νέες βαθύτερες αντιλήψεις ως προς την πορεία και τους μηχανισμούς της εξέλιξης, μας έχουν εφοδιάσει με μια νέα αντίληψη για την ταξινόμηση των ζωντανών οργανισμών. Αντί για την παραδοσιακή διαίρεση όλων των μορφών ζωής σε ζώα και φυτά, η σύγχρονη ταξινόμηση προτείνει τα εξής πέντε βασίλεια:
• προκαρυωτικά : βακτηρίδια των οποίων το γενετικό υλικό δεν εμπεριέχεται σε πυρήνα (τα άλλα ζώντα κύτταρα έχουν πυρήνα και ταξινομούνται ως ευκαρυωτικά),
• πρώτιστα : ευκαρυωτικοί οργανισμοί που δεν έχουν τα στοιχεία που χαρακτη-ρίζουν τα φυτά, τα ζώα ή τους μύκητες - κυρίως μονοκύτταροι οργανισμοί,
• μύκητες : ευκαρυωτικοί οργανισμοί που είναι ετεροτροφικοί και αναπτύσσο-νται από ένα σπόρο που δεν απαιτεί γονιμοποίηση για τη βλάστησή του,
• φυτά : ευκαρυωτικοί οργανισμοί που έχουν χλωροφύλλη και ως εκ τούτου είναι αυτότροφοι. Αναπτύσσονται από ένα έμβρυο που προστατεύεται από ένα μητρικό ιστό,
• ζώα : ευκαρυωτικοί οργανισμοί που είναι ετεροτροφικοί, δηλαδή σε ότι αφορά τη διατροφή τους εξαρτώνται από άλλους ζωντανούς οργανισμούς. Αναπτύσ-σονται από ένα σπέρμα και ένα ωάριο.
Οι ζωντανοί οργανισμοί που ανήκουν σε όλα τα βασίλεια, χαρακτηρίζονται από κυτταρική κατασκευή αν και διαφορετικού τύπου. Οι ιοί αντιπροσωπεύουν μια διαφορετική περίπτωση: δεν έχουν κυτταρική κατασκευή κι επομένως δεν μπορουν να περιληφθούν σε καμία από τις πιο πάνω κατηγορίες (βασίλεια). Στην πραγματικότητα είναι κάτι περισσότερο από τμήματα γενετικών πληροφοριών στη μορφή του DNA ή RNA που καλύπτονται από ένα προστατευτικό στρώμα πρωτεϊνών Ολοι οι γνωστοί ιοί ζουν παρασιτικά μέσα σε κύτταρα. Η ζωή των ιών εξαρτάται από τα κύτταρα που προσβάλλουν και σταδιακά καταστρέφουν. Προσεκτικές μελέτες των κύκλων ζωής των ιών έδειξαν ότι το κύτταρο που έχει προσβληθεί από έναν ιό (ξενιστής) ελέγχεται από τις γενετικές πληροφορίες του ιού. Γίνειται λοιπόν κατάληψη του κυττάρου, έτσι ώστε να παρέχει όλες τις απαραίτητες `πρώτες ύλες' για την αναπαραγωγή και την σύνθεση πρωτεϊνών των ιών. Τα νέα τμήματα των ιών που παράγονται, απελευθερώνονται τελικά από το κύτταρο, ενώ αυτό αποσυντίθεται.
Επιπλέον, στις αρχές της δεκαετίας του '80, ανακαλύφθηκε ένας νέος τύπος κυττάρων, τα αρχαιοβακτηρίδια. Είναι οργανισμοί με πρωτόγονη μορφή, που ζούν κάτω από εξαιρετικές συνθήκες, π.χ. σε γεωθερμικά ύδατα με θερμοκρασίες γύρω στους 90°C, σε νερό με μεγάλη συγκέντρωση αλατιού και σε συνθήκες απόλυτης απουσίας οξυγόνου. Αν και μοιάζουν με τα βακτηρίδια σε σχήμα και μέγεθος, παρουσιάζουν μια σειρά μοναδικών βιοχημικών χαρακτηριστικών τα οποία δικαιολογούν την ταξινόμησή τους σε ένα ιδιαίτερο βασίλειο.
Ετσι, τα πρόσφατα δεδομένα πλουτίζουν τις γνώσεις που έχουμε ως προς τη μεγάλη ποικιλία του βίου, καθώς προσθέτουν μια νέα μικροβιολογική διάσταση.
Χημικές Ουσίες
Η βιοχημεία, η μελέτη των χημικών ουσιών που δρουν και αποτελούν τα δομικά στοιχεία όλων των ζωντανών οργανισμών, είναι πολύ σημαντική στην κατανόηση των βασικών στοιχείων της βιολογικής γνώσης. Υπάρχουν περίπου 100 χημικά στοιχεία στην επιφάνεια της γης κι όμως μόνο τα 16 από αυτά είναι ουσιαστικά για τη ζωή. Από αυτά τα δεκαέξι, τα τέσσερα πιο κοινά στους ζωντα-νούς οργανισμούς είναι το υδρογόνο, ο άνθρακας, το οξυγόνο και το άζωτο. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται στην μάζα όλων των ζωντανών οργανισμών σε ποσοστό μεγαλύτερο του 99%.
Ολα τα στοιχεία αλληλεπιδρούν για να δημιουργήσουν μόρια. Τα απλά μόρια ενώνονται για να δημιουργήσουν μεγαλύτερα μόρια, τα μακρομόρια. Υπάρχουν τρείς τύποι μακρομορίων, oι πολυσακχαρίτες, οι πρωτεϊνες και τα νουκλεϊκά οξέα:
• πολυσακχαρίτες: χρησιμεύουν ως αποθήκες ενέργειας και τροφής και ως κατασκευαστικά υλικά. Είναι επίσης γνωστοί ως σάκχαρα ή υδατάνθρακες και φτιάχνονται από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο. Το υδρογόνο και το οξυγόνο έχουν την ίδια αναλογία που έχουν και στο μόριο του νερού 2:1. Ετσι βγαίνει η ονομασία υδατάνθρακες. Μερικοί κοινοί πολυσακχαρίτες είναι το άμυλο, η κυτταρίνη, το γλυκογόνο.
• πρωτεϊνες: είναι σύνθετα οργανικά μόρια ποικίλης δομής που αποτελούνται από μικρότερες μονάδες που ονομάζονται αμινοξέα. Υπάρχουν 20 διαφορε-τικά αμινοξέα, η σειρά και ο αριθμός των οποίων καθορίζει μια συγκεκριμένη πρωτεϊνη. Οι πρωτεϊνες είναι πολύ σημαντικά οργανικά στοιχεία, καθώς συμμετέχουν σχεδόν σε κάθε λειτουργία των ζωντανών οργανισμών. Αποτελούν την `πρώτη ύλη' για τα περισσότερα από τα οργανίδια του κυττάρου. Μαζί με άλλα στοιχεία, τους συμπαράγοντες, σχηματίζουν τα ένζυμα, τα οποία δρούν ως καταλύτες, επιταχύνοντας όλες τις χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στον οργανισμό. Οι πρωτεϊνες είναι σημαντικές στην δίαιτα των ζώων και εμφανίζουν ένα ευρύ πεδίο μεταβο-λικών και κατασκευαστικών δραστηριοτήτων. Καθώς η σύνθεση των πρωτεϊ-νών παίζει ρόλο κλειδί στους ζωντανούς οργανισμούς, εξετάζονται στα επόμενα με μεγαλύτερη λεπτομέρεια οι μηχανισμοί της σύνθεσης των πρω-τεϊνών.
• νουκλεϊκά οξέα: συνιστούν το γενετικό υλικό όλων των ζωντανών οργα-νισμών. Ετσι είναι υπεύθυνα για την κληρονομικότητα, τη μετάδοση των χαρα-κτηριστικών από τη μια γενιά στην άλλη, και τις μεταλλάξεις, τις αλλαγές σε αυτά τα χαρακτηριστικά που οδηγούν στην εξέλιξη και για τη σύνθεση των πρωτεϊνών.
Νουκλεϊκά Οξέα και Γενετικές Πληροφορίες
Υπάρχουν δύο είδη νουκλεϊκών οξέων:
• το DNA (δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ), ένα δίκλωνο, ελικοειδές μόριο,
• το RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ), το οποίο αποτελείται από ένα κλώνο και παίζει σημαντικότατο ρόλο στη σύνθεση των πρωτεϊνών.
Τα νουκλεϊκά οξέα συντίθενται από μονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από τρία μέρη:
• ένα μόριο σακχάρου (υδατάνθρακας), δεσοξυριβόζη για το DNA, ριβόζη για το RNA,
• ένα μόριο φωσφορικού οξέος, που συνδέεται στο σάκχαρο,
• μια αζωτούχο βάση, που επίσης συνδέεται στο σάκχαρο. Ενα δεσοξυριβο-νουκλεοτίδιο DNA μπορεί να έχει βάση ένα από τα ακόλουθα: Αδενίνη (Α), Γουανίνη (G) Κυτοσίνη (C) ή Θυμίνη (T). Το ριβονουκλεοτίδιο RNA χρησιμοποιεί τις ίδιες βάσεις με μια εξαίρεση: η θυμίνη αντικαθίσταται από την Ουρακίλη (U). Οι δύο βάσεις A και G είναι μεγαλύτερες και καλούνται επίσης πουρίνες, ενώ οι άλλες τρείς, C, T και U είναι μικρότερες και ονομά-ζονται πυριμιδίνες.
Σε ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος, τα νουκλεοτίδια είναι τοποθετημένα σε σειρά, δεμένα το ένα στο άλλο με ισχυρούς χημικούς δεσμούς. Στο δίκλωνο μόριο του DNA, οι δυο κλώνοι συνδέονται με ασθενείς χημικούς δεσμούς, που καλού-νται δεσμοί υδρογόνου. Ενας δεσμός υδρογόνου μπορεί να δημιουργηθεί μεταξύ:
• A και T (ή U)
• G και C
Οι βάσεις ανάμεσα στις οποίες μπορεί να δημιουργηθούν δεσμοί υδρογόνου, αποκαλούνται συμπληρωματικές βάσεις.
Το μόριο του DNA μοιάζει με μία σκάλα: τα πλαϊνά τμήματα αποτελούνται από ένα σκελετό σακχάρου και φωσφόρου και τα σκαλιά δημιουργούνται από το δέσμο ανάμεσα στις συμπληρωματικές βάσεις. Η δομή του μορίου του DNA ανακαλύφθηκε από τους Watson και Crick, οι οποίοι πρότειναν ότι η `σκάλα' τυλίγεται έτσι ώστε να δημιουργεί έναν έλικα. Μια πλήρης στροφή του έλικα περιέχει δέκα νουκλεοτίδια, δηλαδή δέκα ζευγάρια βάσεις.
Αντιγραφή του DNA
Η σύνθεση νέων κλώνων του DNA ονομάζεται αντιγραφή, γιατί τα υπάρχοντα μόρια χρησιμεύουν ως πρότυπο για τα νέα μόρια. Η αντιγραφή καλείται ΄ημισυντηρητική', γιατί το νέο μόριο αποτελείται από ένα κλώνο από το παλαιό μόριο και ένα κλώνο που μόλις δημιουργήθηκε. Ο νέος κλώνος είναι συμπληρω-ματικός αυτού του παλαιού μορίου. Η αντιγραφή του DNA είναι μια περίπλοκη διαδικασία, στην οποία συμμετέχουν πολλά ένζυμα ως καταλύτες αντιδράσεων. Εν ολιγοις η διαδικασία έχει ως εξής:
• μέσω διαφορετικών ενζυμικών αντιδράσεων δίνεται ένα `σήμα' για την έναρξη της διαδικασίας αντιγραφής,
• ο έλικας ξετυλίγεται και οι δύο κλώνοι διαχωρίζονται,
• το ένζυμο DNA πολυμεράση, μαζί με πολλά άλλα ένζυμα, συνθέτουν τους συμπληρωματικούς κλώνους, χρησιμοποιώντας ως `πρώτες ύλες' και τα τέσσερα δεσοξυνουκλεοτίδια και σε σύμφωνία με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων,
• εμφανίζονται οι νέοι κλώνοι και το μόριο τυλίγεται πάλι για να ανακτήσει την ελικοειδή δομή του. Τα δύο νέα μόρια είναι ίδια με το παλαιό μόριο, εκτός αν έχει γίνει κάποιο `λάθος' στην σύνθεση των νέων κλώνων. Αυτά τα `λάθη' ονομάζονται μεταλλάξεις και είναι πολύ σημαντικά για την εξέλιξη.
Γενετικός κώδικας
Η ιδιαίτερη ιδιότητα του DNA είναι ότι μεταφέρει την κληρονομικότητα, τις πληροφορίες δηλαδή που αφορούν όλα τα κληρονομικά χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου οργανισμού. Οι πληροφορίες αυτές εκφράζονται στη γλώσσα των νουκλεοτιδίων. Μια συγκεκριμένη σειρά από νουκλεοτίδια αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη σειρά αμινοξέων, και άρα σε μια συγκεκριμένη πρωτεϊνη.
Οπως έχουμε ήδη αναφέρει, τα αμινοξέα είναι τα συστατικά των πρωτεϊνών. Εχει ανακαλυφθεί, ότι κάθε αμινοξύ μιας πρωτεϊνης που συντίθεται σ' ένα κύτταρο, αντιστοιχεί σε μια σειρά τριών νουκλεοτιδίων. Μια τέτοια σειρά τριών νουκλεοτιδίων ονομάζεται κατ' αντιστοιχία ένα κωδικόνιο.
Ο γενετικός κώδικας δεν έχει `σημεία στίξης'. Δεν επικαλύπτεται, κάθε νουκλεοτίδιο αποτελεί τμήμα ενός μόνο κωδικονίου. Ο κώδικας του DNA είναι παγκόσμιος, είναι η γλώσσα που χρησιμοποιεί η φύση για να περιγράψει την κατασκευή των πρωτεϊνών σε έναν ιό και ένα βακτηρίδιο, ένα φυτό και ένα ανθρώπινο όν. Η μόνη σημαντική γνωστή εξαίρεση είναι το DNA των μιτοχον-δρίων, όπου ο κώδικας διαφέρει από αυτόν του DNA του πυρήνα και επιπλέον είναι χαρακτηριστικός του είδους: ποικίλλει με το είδος των ζωντανών οργανι-σμών.
Ο Ρόλος του RNA στην Σύνθεση των Πρωτεϊνών
Για να συντεθούν πρωτεϊνες σύμφωνα με τις πληροφορίες που περιέχονται στο μόριο του DNA, απαιτείται η συμμετοχή τριών χαρακτηριστικών τύπων του RNA:
• το αγγελιαφόρο RNA, το οποίο μεταφέρει τις πληροφορίες για τη σειρά των αμινοξέων της πρωτεϊνης από το DNA που βρίσκεται στον πυρήνα ενός κυττάρου, στα ριβοσώματα, οργανίδια στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου όπου η πρωτεϊνη συντίθεται από διάφορα αμινοξέα,
• το ριβοσωμικό RNA το οποίο αποτελεί μέρος της δομής των ριβοσωμάτων και
• το μεταφορικό RNA το οποίο αναγνωρίζει και δένει τα αμινοξέα με σκοπό να τα εναποθέσει στα ριβοσώματα και να τα προσθέσει στην αυξανόμενη σειρά αμινοξέων. Ενα μέρος του μορίου φέρει μία σειρά από τρία νουκλεοτίδια συμπληρωματικά σε ένα κωδικονιο του αγγελιαφόρου RNA, η δε σειρά αυτή ονομάζεται αντικωδικόνιο. Αλλο μέρος του μεταφορικού RNA ξεχωρίζει από μια συγκεκριμένη σειρά νουκλεοτιδίων, τη CCA. Αυτή η σειρά δεσμεύει το αμινοξύ που έχει κωδικοποιηθεί γι' αυτό το σκοπό από το αντικωδικόνιο του ίδιου μεταφορικού RNA.
Κύτταρα
Οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και συνεργάζονται με σκοπό να εξασφαλίσουν την κανονική λείτουργία του οργανισμού. Υπάρχουν οργανισμοί που είναι μονοκύτταροι, δηλαδή αποτε-λούνται από ένα και μόνο κύτταρο, το οποίο είναι υπεύθυνο για όλες τις ζωτικές λειτουργίες του οργανισμού. Οι περισσότεροι οργανισμοί βέβαια είναι πολυκύτ-ταροι, έχοντας έναν μεγάλο αριθμό κυττάρων, που εξαρτώνται το ένα από το άλλο και συνεργάζονται σε κατασκευές που καλούνται όργανα, υπεύθυνα για όλες τις λειτουργίες του οργανισμού. Είναι αρκετά ενδιαφέρον το ότι υπάρχει ένα τρίτο είδος οργανισμών, οι αποικιακοί οργανισμοί, οι οποίοι είναι χαλαρές συνδέσεις κυττάρων, τα οποία είναι επίσης ικανά να υπάρξουν ανεξάρτητα.
Η Δομή ενός Κυττάρου
Τα κύτταρα χωρίζονται μεταξύ τους από τις μεμβράνες τους. Περιέχουν κυτταρόπλασμα καθώς και γενετικό υλικό στην μορφή του DNA. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, το DNA βρίσκεται σε μια ειδική κατασκευη τον πυρήνα. Ο πυρήνας είναι η `τράπεζα πληροφοριών' του κυττάρου, που περιέχει όλες τις αναγκαίες πληροφορίες για την αναπαραγωγή του. Μέσα στον πυρήνα, ξεχωρίζει μια κατασκευή κυκλικού σχήματος, που καλείται πυρηνίσκος. Ο πυρηνίσκος αποτελείται από πρωτεϊνες και RNA.
Στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, βρίσκεται ένας αριθμός διαφορετικών οργανιδίων τα οποία μπορεί να ποικίλλουν από κύτταρο σε κύτταρο, ανάλογα με τη λειτουργία του. Αυτές είναι οι `δομικές μονάδες' που εκτελούν τις διάφορες λειτουργίες του κυττάρου. Τα διάφορα οργανίδια είναι:
• τα μιτοχόνδρια, περιβάλλονται από μια διπλή μεμβράνη. Η εσωτερική είναι τυλιγμένη έτσι ώστε να παρέχει μεγαλύτερες επιφάνειες για τις χημικές αντιδράσεις. Το εσωτερικό του είναι πλούσιο σε ένζυμα και περιέχει επίσης το δικό του DNA και ριβοσώματα. Τα μιτοχόνδρια είναι τα εργαστήρια παραγω-γής ενέργειας του κυττάρου,
• οι χλωροπλάστες, που είναι χαρακτηριστικά κύτταρα μόνο των πράσινων φυτών. Περιέχουν χλωροφύλλη, η οποία είναι μία χρωστική ουσία ευαίσθητη στο φώς. Η βασική λειτουργία τους είναι η φωτοσύνθεση, η μετατροπή της ενέργειας του φωτός σε χημική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται από όλους τους άλλους οργανισμούς, προκειμένου να καλυφθούν οι ενεργειακές τους ανάγκες. Οι χλωροπλάστες, όπως και τα μιτοχόνδρια, κατέχουν το δικό τους DNA και παρόμοια με τα μιτοχόνδρια πιστεύεται ότι έχουν προέλθει από πρωτόγονους μονοκύτταρους οργανισμούς,
• το ενδοπλασματικό δίκτυο, που είναι ένα απέραντο δίκτυο από μεμβρανώδεις σάκους. Συμμετέχει στην σύνθεση των πρωτεϊνών και προωθεί τη μεταφορά ουσιών ανάμεσα στα τμήματα του κυττάρου,
• οι μικροσωληνίσκοι και τα μικροϊνίδια, ένα απέραντο δίκτυο σωλήνων, το οποίο απαρτίζει τον κυτταρικό σκελετό, τη `ραχοκοκκαλιά' του κυττάρου, και συμμετέχει επίσης στην μεταφορά ουσιών μέσα στο κυτταρόπλασμα,
• τα ριβοσώματα, σχετικά μικρά οργανίδια, τα οποία αποτελούνται από δύο υπομονάδες. Είναι ο χώρος σύνθεσης των πρωτεϊνών και μπορούν να βρεθούν είτε ελεύθερα μέσα στο κυτταρόπλασμα είτε δεσμευμένα στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες περιέχουν επίσης ριβοσώματα,
• τα λυσοσώματα, σφαιρικοί σάκοι που περιέχουν πεπτικά ένζυμα, τα οποία, αν απελευθερωθούν μέσα στο κυτταρόπλασμα, μπορούν να καταστρέψουν το κύτταρο,
• η συσκευή Golgi, μια μεμβρανώδης κατασκευή που συμμετέχει στην μεταφορά των κυτταρικών υλικών, την έκκριση και τη δημιουργία νέων λυσοσωμάτων,
• τα χυμοτόπια, είναι χαρακτηριστικά οργανίδια των κυττάρων των φυτών και των μυκήτων, τα οποία αποθηκεύουν διάφορες ουσίες, περιλαμβανομένων και προϊόντων προς απόρριψη.
Η μεμβράνη ενός κυττάρου διαχωρίζει τα περιεχόμενα του από τον περιβάλλοντα χώρο κι ελέγχει την ανταλλαγή των ουσιών ανάμεσα στα κύτταρα. Αποτελείται από λιπίδια και πρωτεϊνες. Τα λιπίδια δημιουργούν μια διπλο-στοιβάδα και περικλείουν το υδροφοβικό τμήμα της μεμβράνης, το οποίο οι περισσότερες ουσίες δεν μπορούν να διαπεράσουν. Επομένως, η είσοδος και η έξοδος των μορίων ελέγχεται από τις πρωτεϊνες που βρίσκονται στη μεμβράνη.
Βασικές Δραστηριότητες των Ζωντανών Κυττάρων
Τα κύτταρα μέσα σ' έναν οργανισμό έχουν ένα συγκεκριμένο έργο να εκτελέσουν, ανάλογα με το τμήμα του οργανισμού στο οποίο βρίσκονται. Ετσι, τα κύτταρα έχουν διαφορετική χημική σύνθεση, διαφορετικά σχήματα και μεγέθη. Παραταύτα όλα εκτελούν κάποιες βασικές λειτουργίες, απαραίτητες για την ύπαρξη τους και ζωτικής σημασίας για τους οργανισμούς.
Διατροφή
Ολα τα ζωντανά κύτταρα εξαρτώνται από τις θρεπτικές ουσίες, που εφοδιάζουν το κύτταρο με ενέργεια και με τις `δομικές μονάδες' που είναι απαραίτητες για τη δημιουργία νέων συστατικών του κυττάρου. Ενα κύτταρο μπορεί να προσλάβει θρεπτικές ουσίες με διάφορους τρόπους:
• φαγοκύττωση και πινοκύττωση, χαρακτηριστικά κάποιων ειδών ζωϊκών κυττάρων. Τα κύτταρα παίρνουν υλικό είτε σε στερεά ή υγρά μορφή περικλεί-οντάς το με την κυτταρική μεμβράνη, δημιουργώντας ένα εγκόλπωμα που περιλαμβάνει τις ουσίες διατροφής. Το εγκόλπωμα μπαίνει στο εσωτερικό του κυττάρου όπου πέπτεται. Αυτοί οι μηχανισμοί λήψεως τροφής χρησιμο-ποιούνται για ουσίες με υψηλό μοριακό βάρος, οι οποίες δεν θα μπορούσαν να διαπεράσουν την κυτταρική μεμβράνη.
• μοριακή μεταφορά, πάνω στην κυτταρική μεμβράνη. Τα μικρά μόρια μεταφέρονται είτε μέσα είτε έξω από το κύτταρο μέσω διαμεμβρανικών πρωτεϊνικών καναλιών. Υπάρχουν δυο τέτοιες μέθοδοι μεταφοράς: η διάχυση των ουσιών σύμφωνα με τον υπάρχοντα βαθμό συγκέντρωσης, η οποία δεν απαιτεί μεταφορά ενέργειας και η ενεργητική μεταφορά, η κίνηση των ουσιών αντίθετα προς τη βαθμίδα συγκέντρωσης, κατά την οποία το κύτταρο καταναλώνει ενέργεια. Το φαινόμενο της όσμωσης είναι αρκετά συχνό ανάμεσα στα ζωντανά κύτταρα και είναι ουσιαστικό για τη διατήρηση του σχήματος και του μεγέθους τους. Η κίνηση του νερού γίνεται από τη χαμηλότερη προς την υψηλότερη συγκέντρωση χημικών στοιχείων στο εσωτερικό και εξωτερικό του κυττάρου. Με αυτόν τον τρόπο, επιτυγχάνεται ισορροπία των συγκεντρώσεων.
Πέψη
Υστερα από τη λήψη τμημάτων τροφής από το κύτταρο, τα τμήματα αυτά διασπώνται σε συστατικά, που το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει ως δομικές μονάδες ή ως πηγές ενέργειας.
Η πέψη μέσα σ' ένα κύτταρο είναι αρκετά διαφορετική από την πέψη των τροφών που συμβαίνει μέσα σ' ένα ζώο, σαν οργανισμό. Τα ζώα έχουν ένα πεπτικό σωλήνα, ο οποίος περιλαμβάνει ένα ειδικό σύστημα που εκκρίνει υγρά, προσλαμβάνει τροφές κλπ. Η τροφή, που περνά από τον πεπτικό σωλήνα, υπόκειται σε χημική μετατροπή. Με τη βοήθεια συγκεκριμένων ενζύμων, τα κύτταρα προσλαμβάνουν τις ουσίες που είναι χρήσιμες για τον οργανισμό και τις υποβάλλουν στην απαραίτητη επεξεργασία, ενώ τα `επιπλέον υλικά' αποβάλ-λονται από τον οργανισμό.
Αναπνοή
Η αναπνοή είναι η διαδικασία, κατά την οποία ελευθερώνεται η χημική ενέργεια των οργανικών μορίων και μετατρέπεται σε μορφή, την οποία το κύτταρο μπορεί να χρησιμοποιήσει για τις λειτουργίες του. Αν απαιτεί οξυγόνο, ονομά-ζεται αερόβια αναπνοή. Αν η αντίδραση γίνεται απουσία οξυγόνου ονομάζεται αναερόβια αναπνοή. Τα οργανικά μόρια διασπώνται από μια σειρά αντιδράσεων, που ελέγχονται από ένζυμα. Το κάθε ένα ελευθερώνει μια μικρή ποσότητα ενέργειας, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας αποθηκεύεται από το κύτταρο με τη μορφή Τριφωσφορικής Αδενοσίνης - ATP.
Το ATP παρομοιάζεται με το `ενεργειακό νόμισμα' της κυτταρικής οικονομίας. Μετά την ανταλλαγή της μικρής του ποσότητας ενέργειας το ΑΤΡ χάνει την ενεργειακή του `αξία' και υποβιβάζεται σε ένα μόριο ADP (διφωσφορική αδενοσίνη). Το ΑΤΡ και το ADP είναι πολύ σημαντικά στην διατήρηση της ισορροπίας στις ενεργειακές `εξισώσεις' του κυττάρου.
Η αναπνοή του κυττάρου δεν πρέπει να συγχέεται με την ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα με το περιβάλλον. Αυτή ονομάζεται εξωτερική αναπνοή ή ανταλλαγή αερίων και είναι μία εντελώς διαφορετική διαδικασία, που απαιτεί εξειδικευμένα όργανα.
Η αναπνοή εξαρτάται από εξειδικευμένες μεμβράνες (υμένες), μέσα στο κύτταρο, οι οποίες περιέχουν συγκεκριμένα ένζυμα, που καταλύουν την οξείδωση των ουσιών. Οι ουσίες που παίρνουν μέρος σ' αυτές τις αντιδράσεις μπορεί να είναι μόρια πρωτεϊνών, υδατανθράκων ή λιπών. Οι οξειδωτικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο μιτοχόνδριο, το οποίο έχει τις απαιτούμενες ινώδεις επιφά-νειες. Ετσι το μιτοχόνδριο μπορεί να χαρακτηριστεί ως το εργαστήριο ενέργειας του κυττάρου.
Στις εσωτερικές μεμβράνες του μιτοχονδρίου, τα ένζυμα είναι τοποθετημένα με μία ακολουθία, που ονομάζεται αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια είναι πολύ μικρά σωματίδια, που μεταφέρουν ηλεκτρικό φορτίο. Κατά τη διάρκεια της αναπνοής, τα φορτία μεταφέρονται κατά μήκος της μεμβράνης. Ετσι η μια πλευρά της μεμβράνης φορτίζεται θετικά και η άλλη αρνητικά. Αυτή η διαφορά φορτίου χρησιμοποιείται αποτελεσματικά από το κύτταρο και μετατρέπεται σε ενέργεια με τη μορφή του ΑΤΡ, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το κύτταρο για την κάλυψη όλων των ενεργειακών αναγκών του.
Ανάλογα με το αν απαιτείται οξυγόνο μπορούμε να ξεχωρίσουμε δύο είδη αναπνοής:
• αερόβια αναπνοή. Εάν η αναπνοή λαμβάνει χώρα, εκεί όπου υπάρχει αρκετό οξυγόνο, τότε καλείται αερόβια αναπνοή. Περιλαμβάνει μία σειρά χημικών αντιδράσεων, των οποίων τα τελικά προϊόντα είναι διοξείδιο του άνθρακα, νερό και χημική ενέργεια υπο τη μορφή ΑΤΡ. Η πιο κοινή ουσία στις αντιδράσεις της αναπνοής είναι οι υδατάνθρακες. Τα πολυσακχαρίδια υδρο-λύονται - διασπώνται δηλαδή αντιδρώντας με μόρια νερού - σε μονοσακχα-ρίδια. Τα λίπη χρησιμοποιούνται όταν εξαντλούνται οι υδατάνθρακες του κυττάρου. Οι πρωτεϊνες είναι οι τελευταίες εφεδρείες του κυττάρου σε ό,τι αφορά την αναπνοή και χρησιμοποιούνται μόνο όταν έχουν χρησιμοποιηθεί όλα τα αποθέματα υδατανθράκων και λίπους. Η οξείδωση ενός μορίου σακχάρου - μονοσακχαρίδιο - δίνει 38 μόρια ΑΤΡ. Επομένως η αερόβια αναπνοή δίνει στο κύτταρο ένα μεγάλο ποσό ενέργειας,
• αναερόβια αναπνοή. Η αναερόβια αναπνοή είναι συνηθισμένη ανάμεσα σε ορισμένους μικροοργανισμούς και παρατηρείται επίσης σε ορισμένα κύτταρα ανώτερων οργανισμών σε συνθήκες όπου δεν υπάρχει επάρκεια οξυγόνου. Υπάρχουν ορισμένα βακτήρια που ονομάζονται obligate anaerobes, τα οποία πεθαίνουν αν τοποθετηθούν σε περιβάλλον, όπου υπάρχουν σημαντικές ποσότητες οξυγόνου. Αλλοι οργανισμοί, όπως η μαγιά, δεν εξαρτώνται από τη διαθεσιμότητα του οξυγόνου. Αυτοι καλούνται facultative anaerobes. Υπάρχουν επίσης ορισμένα κύτταρα, που μπορούν να επιβιώσουν εάν στερηθούν προσωρινά το οξυγόνο. Τέτοια κύτταρα είναι τα κύτταρα των μυών. Οταν ένας άνθρωπος πιέζει πολύ τον εαυτό του κατά τη διάρκεια κάποιας άσκησης, τα κύτταρα των μυών αναπνέουν αναεροβίως και παράγουν γαλακτικό οξύ, το οποίο επιφέρει το αίσθημα της κόπωσης. Το φαινόμενο της αναερόβιας αναπνοής παρατηρείται στην καθημερινή ζωή. Η μαγιά κάνει τη ζύμη να φουσκώνει και το χυμό των σταφυλιών να μετατρέπεται σε κρασί. Αυτά είναι παραδείγματα αλκοολικής ζύμωσης. Ομως η αναερόβια αναπνοή δίνει μόνο 2 μόρια ΑΤΡ ανα μόριο σακχάρου, που είναι 19 φορές λιγότερο από την ποσότητα ενεργειας, που παράγεται με την αερόβια αναπνοή.
Φωτοσύνθεση
Κάθε μορφή ζωής στη Γη βασίζεται στην φωτοσύνθεση, μια διαδικασία κατά την οποία:
• η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια χρήσιμη για τις ανάγκες του κυττάρου,
• δημιουργούνται οργανικές ενώσεις, που είναι οι βασικές ουσίες των ζωντανών οργανισμών,
• ελευθερώνεται οξυγόνο.
Στα ανώτερα φυτά, η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στους χλωροπλάστες, τα οργανίδια των κυττάρων που περιέχουν χλωροφύλλη.
Το φως είναι η τελειότερη μορφή ενέργειας για όλες τις μορφές ζωής στη Γη. Αυτή η ενέργεια συλλαμβάνεται από τα μόρια της χλωροφύλλης κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης. Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμεύει ως πηγή του άνθρακα για όλες τις οργανικές ουσίες που θα συντεθούν. Για να λάβει χώρα η φωτοσύν-θεση απαιτείται επίσης νερό.
Κατά πάσα πιθανότητα, οι πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί στη γη ήταν αναερόβιου τύπου, δρώντας υπό την απουσία οξυγόνου, όπως τα πορφυρά και τα πράσινα βακτηρίδια. Η αρχική ατμόσφαιρα της Γης δεν είχε σχεδόν καθόλου μόρια οξυγόνου. Ακόμα και σήμερα οι επιστήμονες διαφωνούν ως προς το αν όλο το οξυγόνο που περιέχεται σήμερα στην ατμόσφαιρα της γης είναι προϊόν φωτοσύνθεσης ή εάν κάποιο μέρος από αυτό οφείλεται σε καθαρά χημικές διαδικασίες που έλαβαν χώρα στο φλοιό της γης. Η δραστική αύξηση συγκέντρω-σης οξυγόνου στην ατμόσφαιρα οδήγησε στην ανάπτυξη της αερόβιας αναπνοής η οποία εξελικτικά είναι περισσότερο προηγμένη από τη ζύμωση. Η αερόβια αναπνοή είναι αποτελεσματικότερη από την αναερόβια, αφού η διαφορά σε απόδοση ενέργειας είναι πολύ μεγάλη. Ετσι, η εξέλιξη της αναπνοής, προώθησε την εξέλιξη πιο προηγμένων μορφών ζωής, όπως είναι οι ευκαρυωτικοί, οι πολυκύτταροι οργανισμοί, τα σπονδυλωτά και τα θηλαστικά.
Η άλλη, επίσης πολύ σημαντική, πλευρά της φωτοσύνθεσης είναι, ότι επιτάχυνε αναμφίβολα την προοδευτική ανάπτυξη του βίου με την αποτελεσμα-τική μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε οργανικες ουσίες, από τις οποίες εξαρτώνται όλες οι μορφές ζωής.
Ειναι αναγκαίο να γίνει διαχωρισμός ανάμεσα σε δύο είδη ζωής:
• αυτότροφοι οργανισμοί, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί οι οποίοι περιλαμβάνουν τα πράσινα φυτά και ορισμένα βακτηρίδια που μπορούν να συνθέτουν οργανικά μόρια από ανόργανα υλικά,
• ετερότροφοι οργανισμοί, τα ζώα, οι μύκητες και κάποια βακτηρίδια, τα οποία δεν είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν την ενέργεια του φωτός και επομένως εξαρτώνται από τη βιομάζα, που παράγεται από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς.
Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία με δύο στάδια και μπορεί να διαιρεθεί στο φωτεινό και στο σκοτεινό στάδιο. Αυτά ονομάζονται έτσι γιατί το πρώτο απαιτεί φως, ενώ το δεύτερο λαμβάνει χώρα ανεξαρτητα από την ύπαρξη ή όχι φωτός. Η σπουδαιότητα του φωτεινού σταδίου της φωτοσύνθεσης είναι, ότι η ηλιακή ενέργεια συλλαμβάνεται και μετατρέπεται σε ATP και ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Αυτές οι δύο μορφές ενέργειας χρησιμοποιούνται στα επόμενα στάδια της φωτοσύνθεσης, τις σκοτεινές αντιδράσεις, οι οποίες μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε υδατάνθρακες. Ξεκινώντας με τους υδατάνθρακες και με τη βοήθεια πολλών ενζύμων μπορούν να παραχθούν λίπη και πρωτεϊνες.
Η φωτοσύνθεση και η αναπνοή μπορούν να εξεταστούν ως αντίστροφες διαδικασίες. Στη φωτοσύνθεση, το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό αντιδρούν για να σχηματίσουν υδατάνθρακες και οξυγόνο. Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί ενέργεια. Στην αναπνοή οι υδατάνθρακες διασπώνται, συνήθως μέσω της παρου-σίας οξυγόνου, σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνοντας ενέργεια.
Σήμερα είναι επιτακτική ανάγκη να καταλάβουμε τη διαδικασία της φωτοσύν-θεσης, η οποία είναι πολύ ευαίσθητη στη ρύπανση του περιβάλλοντος. Η φωτο-σύνθεση είχε συνεισφέρει πολύ στη δημιουργία του στρώματος του όζοντος, η ύπαρξη του οποίου επιτρέπει τη ζωή στην επιφάνεια της Γης. Ομως, η καταστροφή του όζοντος είναι επιβλαβής σε όλες τις μορφές ζωής στη Γη. Το όζον είναι ικανό να απορροφήσει μεγάλες ποσότητες επικίνδυνης ηλιακής ακτινοβολίας, η δε καταστροφή του μπορεί να αποβεί μοιραία για όλους τους γήινους οργανισμούς.
Πολυκύτταροι Οργανισμοί
Μια μεγάλη ποικιλία φυτών, ζώων και μυκήτων έχει συσταθεί από ένα μεγάλο αριθμό κυττάρων, ο οποίος συνήθως χαρακτηρίζεται από ορισμένο βαθμό λειτουργικής ειδίκευσης και διαφοροποίησης. Αυτό συνεπάγεται, ότι κάθε ένα από τα κύτταρα ή τους ιστούς εκτελούν μία συγκεκριμένη αποκλειστική λειτουρ-γία. Αυτή η εσωτερική διαφοροποίηση είναι ιδιαίτερα θεαματική σε πολυκυττα-ρικά ζώα, όπου εμφανίζεται η δημιουργία ξεχωριστών συστημάτων από όργανα, καθένα από τα οποία εξειδικεύεται σε μια συγκεκριμένη λειτουργία. Οι ακόλου-θες είναι οι κυριώτερες προς εκτέλεση λειτουργίες των πολυκυτταρικών οργα-νισμών:
• διατήρηση του σχήματος και προστασία του εσωτερικού του σώματος από επιβλαβείς εξωτερικές επιδράσεις, κάτι που επιτυγχάνεται από ένα εξωτερικό προστατευτικό στρώμα (δέρμα, επιδερμίδιο) και κάποιου είδους εξωτερικό ή εσωτερικό σκελετό,
• πέψη, μηχανική και χημική διάσπαση τροφικών μορίων,
• αναπνοή που περιλαμβάνει όργανα υπεύθυνα για τη λήψη οξυγόνου και την απόδοση διοξειδίου του άνθρακα - αυτό το σύστημα περιλαμβάνει βράγχια ή πνεύμονες στα σπονδυλωτά,
• κινητικότητα, περιλαμβάνει όργανα απαραίτητα για την κίνηση, όπως είναι οι μύες στα ζώα,
• εσωτερική μεταφορά, η λειτουργία του κυκλοφορικού συστήματος, όπως το σύστημα κυκλοφορίας του αίματος στα σπονδυλωτά,
• διατήρηση της ισορροπίας των αλάτων και του νερού, η οποία περιλαμβάνει την αποβολή των αποβλήτων του μεταβολισμού. Αυτή είναι η βασική λειτουργία του συστήματος απέκρισης, το οποίο στις περισσότερες περιπτώ-σεις περιλαμβανει τα νεφρά ή το ανάλογό τους,
• αναπαραγωγή, που εξαρτάται από ένα συγκεκριμένο σύστημα. Στα περισσό-τερα ζώα η αναπαραγωγή είναι σεξουαλική, δηλαδή περιλαμβάνει τη δημιουρ-γία και τη συνακόλουθη ένωση του σπέρματος και των ωαρίων. Αυτά είναι κύτταρα, τα οποία αναπτύσσονται σε όργανα κατάλληλα για την ωρίμανσή τους, που ονομάζονται ωοθήκες και όρχεις,
• ρύθμιση των λειτουργιών του οργανισμού. Αυτό μπορεί να εξεταστεί σε δύο επίπεδα: βραχυπρόθεσμη ρύθμιση, για την παροχή συντονισμένων αντιδρά-σεων στα ερεθίσματα - που περιλαμβάνουν το νευρικό σύστημα - και μακρο-πρόθεσμη ρύθμιση, η οποία είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση της σωστής ισορροπίας ανάμεσα στις διαφορετικές δραστηριότητες του σώματος. Αυτή είναι η βασική λειτουργία των χημικών ουσιών, ορμονών κλπ.
Οικολογία
Καθορισμός Οικοσυστήματος
Ο όρος οικολογία προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις οίκος και λόγος. Είναι το πεδίο της βιολογίας, "που ασχολείται με τα έμβια όντα όπως αυτά βρίσκονται στο χώρο τους, στο φυσικό τους περιβάλλον, αλληλεπιδρώντας μεταξύ τους και με τα άψυχα αντικείμενα της φύσης."
Η βασική έννοια της οικολογίας είναι το οικοσύστημα. Ενα οικοσύστημα περιλαμβάνει:
• έναν αριθμό αλληλεπιδρώντων ειδών ζωντανών οργανισμών (η βιοτική κοινότητα),
• το άψυχο υλικό που περικλείεται στο φυσικό περιβάλλον.
Αποτελεί χαρακτηριστική ιδιότητα των οικοσυστημάτων, ότι οι λειτουργίες τους είναι ως προς το μεγαλύτερο μέρος τους ανεξάρτητες από εξωτερικές εισροές, δηλαδή είναι υλικώς κλειστά ή ημίκλειστα συστήματα. Οπως ένα διαστημόπλοιο που διασχίζει το διάστημα, ένα οικοσύστημα μπορεί να παράγει την τροφή του από τα προϊόντα που αποβάλλει. Είναι δηλαδή ένα ιδανικό παράδειγμα ανακυκλωμένης παραγωγής χωρίς απόβλητα που ξεπερνά κατά πολύ ό,τι έχει επιτευχθεί μέχρι τώρα από τους ανθρώπους.
Ενα οικοσύστημα εξαρτάται από μια πηγή ενέργειας, η οποία είναι μη αντιστρεπτή, διότι εξαντλείται στις διάφορες βιολογικές λειτουργίες των οργανισμών. Ανάλογα με το είδος της ενέργειας που χρησιμοποιούν τα οικοσυ-στήματα διαιρούνται σε:
• φωτοσυνθετικά (η μεγάλη πλειοψηφία), εξαρτώμενα από το φως του ήλιου,
• χημοσυνθετικά, εξαρτώμενα από την ενέργεια, που απελευθερώνεται από χημικές αντιδράσεις.
Η βιοτική κοινότητα ενός οικοσυστήματος περιλαμβάνει διαφορετικά είδη οργανισμών. Κάθε ένα από τα είδη δημιουργεί δικές του ομάδες τις οποίες αποκαλούμε πληθυσμούς. Εάν καθιερωθούν στενοί δεσμοί ανάμεσα σε αρκετούς πληθυσμούς διαφορετικών ειδών των οργανισμών, αυτοί οι πληθυσμοί λέγεται ότι δημιουργούν ένα σύνδεσμο. Η περιοχή που καταλαμβάνεται από ένα οικοσύστημα αναφέρεται ως κατοικία.
Αβιοτικοί Παράγοντες
Αυτοί εξαρτώνται από το φυσικό περιβάλλον και περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
• φως, του οποίου η ένταση ποικίλλει από το απόλυτο σκοτάδι στο βαθύ ωκεανό μέχρι τη έντονη φωτοδιάχυση χαρακτηριστική των τροπικών περιοχών της Γης,
• θερμοκρασία: ο βίος μπορεί να επιβιώσει στους πάγους της Αρκτικής σε θερμοκρασία - 50οC καθώς και στην τροπική ζέστη των +50οC - οι ζωντανοί οργανισμοί παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές στην θερμοκρασιακή τους προσαρμογή,
• συγκέντρωση οξυγόνου: στην πράξη όλα τα ζώα, τα φυτά και οι μύκητες καθώς και κάποια βακτηρίδια για να επιζήσουν χρειάζονται οξυγόνο. Παραταύτα, υπάρχουν κάποιοι μικροοργανισμοί που επιβιώνουν σε συνθήκες απουσίας οξυγόνου,
• διαθεσιμότητα νερού: το νερό είναι ζωτικό για όλες τις μορφές ζωής, αλλά οι ζωντανοί οργανισμοί διαφέρουν ως προς τις ανάγκες που έχουν γι' αυτό,
• συγκέντρωση μετάλλων στο περιβάλλον (χώμα, νερό κλπ). Για παράδειγμα τα είδη του γλυκού νερού συνήθως αντέχουν σε χαμηλές ποσότητες αλάτων, ενώ τα είδη που ζουν στη Νεκρά Θάλασσα επιβιώνουν μέσα σε κορεσμένο διάλυμα χλωριούχου νατρίου,
• η οξύτητα του περιβάλλοντος χώρου: κάθε οργανισμός προσαρμόζεται σε κάποια συγκεκριμένα όρια οξύτητας ή βασικότητας. Η αύξηση της οξύτητας του χώματος που προκαλείται από την έντονη αγροκαλλιέργεια και κυρίως από τις περίφημες όξινες βροχές έχει ως αποτέλεσμα τη διατάραξη των φυσικών οικοσυστημάτων.
Βιοτικοί Παράγοντες
Οι βιοτικοί παράγοντες, οι οποίοι περιλαμβάνουν εσωτερικές αντιδράσεις ανάμεσα στους ζωντανούς οργανισμούς, που ανήκουν στο ίδιο ή σε διαφορετικά είδη:
• αρπακτικότητα, ο όρος χρησιμοποιείται αν ένας οργανισμός, ο άρπαγας, τρέφεται από έναν άλλον, τη λεία. Σε ένα σωστά ισορροπημένο οικοσύστημα, ο άρπαγας δεν προκαλεί εξόντωση της λείας του αλλά απλώς κρατά τον αριθμό της σχετικά σταθερό,
• ανταγωνισμός, άμεση ή έμμεση πάλη για την υπάρχουσα τροφή, το καταφύγιο, τους πιθανούς συντρόφους, κλπ. Λόγω του ανταγωνισμού για την τροφή, το αβλαβές Ευρωπαϊκό κουνέλι έγινε τόσο επικίνδυνο για το οικοσύστημα της Αυστραλίας,
• συμβίωση, η οποία μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη και για τους δύο οργανισμούς (αμοιβαιότητα), χρήσιμη για τον έναν και επιβλαβής για τον άλλο (παρασιτισμός) και, τέλος, χρήσιμη για τον έναν και ούτε χρήσιμη, αλλά ούτε και επιβλαβής για τον άλλο οργανισμό (συμβίωση). Ενα συνηθισμένο παράδειγμα αμοιβαιότητας είναι το lichen, ένα σύστημα που αποτελείται από ένα μύκητα και ένα είδος φυκιών. Ο μύκητας παίρνει τροφή η οποία είναι το αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης που εκτελείται από τα φύκια. Τα φύκια παράγονται από νερό και μέταλλα, που απορροφούνται από το μύκητα,
• οι ανθρωπογενικοί παράγοντες, που προκαλούνται από τον άνθρωπο. Ο άνθρωπος έχει εξασκήσει σημαντική επιρροή στο βίο ήδη από τις αρχές του ανθρώπινου πολιτισμού. Κάποιες μορφές ζωής καλλιεργήθηκαν, ενώ κάποιες άλλες εξαλείφθηκαν. Σήμερα, οι ανθρώπινες δραστηριότητες θέτουν σε κίνδυνο ολόκληρο το βίο. Αρκεί να αναφέρουμε μερικά από τα αποτελέσματα της ανθρώπινης δραστηριότητας, όπως η διάβρωση και η απώλεια της γονιμότητας του εδάφους, η καταστροφή δασικών οικοσυστημάτων, η αποψίλωση των δασών, η απερήμωση των υδάτινων όγκων, που προκαλείται από τον άνθρωπο, η ρύπανση του αέρα και των υδάτων, η ολοένα αυξανόμενη τρύπα στο στρώμα του όζοντος, η οποία μπορεί να οδηγήσει στην έκθεση του χώρου του βίου στην καταστροφική υπεριώδη ακτινοβολία.
Φυσικοί και Χημικοί Κύκλοι
Εχει ήδη αναφερθεί, ότι ένα οικοσύστημα είναι ικανό να ανακυκλώνει ουσίες. Οι κύκλοι μπορεί να είναι φυσικοί, εάν οι περιεχόμενες ουσίες δεν υποστούν καμία χημική μεταβολή, αλλιώς ονομάζονται χημικοί. Οι κύκλοι ορισμένων οικοσυστημάτων έχουν ως εξής:
• ο φυσικός κύκλος του νερού : το νερό εξατμίζεται από τη γήινη και τη θαλάσ-σια επιφάνεια. Στη συνέχεια, ως βροχή και ως χιόνι επιστρέφει στην επιφάνεια της γης, διαπερνά το έδαφος και εμποτίζει τα στρώματα του εδάφους κάτω από τον υδάτινο ορίζοντα. Σ' αυτήν την παγκόσμια ανακύκλωση συμμετέχουν φυτά και ζώα, καθώς τα φυτά απορροφούν νερό από το έδαφος, τα ζώα πίνουν νερό και το νερό διαχέεται και από τα δύο ειδη οργανισμών στην ατμόσφαιρα,
• ο χημικός κύκλος άνθρακα-οξυγόνου: αλληλομετατροπή του οξυγόνου και του διοξειδίου του άνθρακα. Τα πράσινα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνουν οξυγόνο κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης. Η αναπνοή σε όλα τα είδη των οργανισμών περιλαμβάνει την πρόσληψη οξυγόνου και την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα. Ο κύκλος του άνθρακα περιλαμβάνει επίσης τη διαδικασία αποσύνθεσης και σύνθεσης των οργανικών ενώσεων στους ζωικούς οργανισμούς που καταναλώνουν φυτική βιομάζα.
Εκτός από αυτούς τους δύο κύκλους που αναφέραμε, υπάρχουν αρκετοί άλλοι κύκλοι μετάλλων, όπως είναι ο κύκλος του αζώτου και του θείου. Τα οικοσυστήματα μεταφέρουν ουσίες που προκύπτουν από τη μεταλλαγή άλλων ουσιών και αποβάλλουν τα απόβλητα. Ομως, η υπερφόρτωση των οικοσυστημά-των με ανθρώπινα απόβλητα πολλές φορές υπερβαίνει τη δυνατότητα τέτοιων συστημάτων προς ανακύκλωση των ουσιών. Εχει διαπιστωθεί, για παράδειγμα, ότι η συγκέντρωση άνθρακα σε έναν αριθμό οικοσυστημάτων κατά τη διάρκεια αυτού του αιώνα έχει ήδη συντελέσει στον υπερκορεσμό τους. Αυτά τα οικοσυστήματα μετατρέπονται σε πηγές δευτερεύουσας ρύπανσης καθώς δεν ανακυκλώνουν τον άνθρακα, αλλά μάλλον τον απελευθερώνουν στο περιβάλλον. Μία άλλη ουσία, η οποία έχει συγκεντρωθεί στα οικοσυστήματα ως αποτέλεσμα των χημικών, που έχει παράγει ο άνθρωπος, είναι ο φώσφορος. Η συγκέντρωση του φωσφόρου στο νερό έχει ως αποτέλεσμα την εκτεταμένη ανάπτυξη των φυκιών. Η ελλάτωση των φυκιών αφαιρεί όλο το οξυγόνο από το νερό οδηγώντας ολόκληρο το οικοσύστημα σε εξόντωση.
Η Τροφική Αλυσίδα σε ένα Οικοσύστημα
Τα συστατικά μέρη της βιοτικής κοινότητας σε ένα οικοσύστημα διαδραματί-ζουν διαφορετικούς οικολογικούς ρόλους:
• φωτο και χημοσυνθετικοί οργανισμοί ονομάζονται παραγωγοί της τροφής, γιατί είναι υπεύθυνοι για την πρωταρχική μετατροπή του διοξειδίου του άνθρα-κα σε οργανικές ουσίες,
• ζώα, μύκητες και ετερότροφα βακτηρίδια αναφέρονται ως καταναλωτές τροφής, καθώς εξαρτώνται από τα οργανικά προϊόντα που παράγονται από τους παραγωγούς τροφής,
• ορισμένα βακτηρίδια, μύκητες και ζώα τρέφονται από νεκρούς οργανισμούς, απόβλητα και υπολείμματα. Αυτοί ονομάζονται νεκροφάγοι,
• τα βακτηρίδια και οι μύκητες που αποσυνθέτουν οργανικές ουσίες, ώστε να αναστραφούν σε ανόργανες μορφές προσιτές στους παραγωγούς τροφής ονο-μάζονται αποικοδομητές. Αυτοί ολοκληρώνουν τον κύκλο ενός υλικού στο οικοσύστημα.
Δυναμική της Βιοτικής Κοινότητας
Οι πληθυσμοί των οργανισμών, που εισάγονται σε ένα οικοσύστημα αναπτύσσονται με την πάροδο του χρόνου. Κάθε φορά που ένας νεός πληθυσμός εισάγεται σε ένα οικοσύστημα, η ανάπτυξή του υπόκειται στα εξής στάδια:
• αρχική προσαρμογή στο νέο περιβάλλον,
• εκρηκτική αύξηση του πληθυσμού,
• καθυστέρηση ανάπτυξης λόγω μερικής εξάντλησης των φυσικών πηγών, αύξηση του ανταγωνισμού και ανασταλτικά αποτελέσματα των αποβλήτων του μεταβολισμού,
• επιβίωση σε ένα σχετικά σταθερό ως προς τον αριθμό επίπεδο ή, εάν οι διαθέσιμες πηγές είναι περιορισμένες, ταχεία εξόντωση του πληθυσμού.
Οι περισσότεροι πληθυσμοί που συναντώνται στην φύση έχουν ήδη φτάσει στο στάδιο της επιβίωσης. Ομως, οι πληθυσμοί αλλάζουν ανάλογα με τις περιβαλλοντικές αλλαγές. Αυτές μπορεί να είναι απεριοδικές, μη έχοντας συγκεκριμένο ρυθμό (ηφαιστειακές εκρήξεις, δασικές πυρκαγιές) ή περιοδικές. Ανάμεσα στις δεύτερες περιλαμβάνονται ημερήσιες, σεληνιακές (μηνιαίες) και εποχιακές αλλαγές. Για παράδειγμα, πολλοί οργανισμοί ενεργοποιούνται μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας ή μόνο κατά τη διάρκεια της νύχτας, είναι δηλαδή αντίστοιχα ημερόβιοι ή νυκτόβιοι οργανισμοί. Κάποια ζώα περνούν τους κρύους χειμώνες σε κατάσταση νάρκης (χειμερία νάρκη), ενώ κάποιοι άλλοι μένουν ανενεργοί κατά τη διάρκεια των ζεστών καλοκαιριών (θερινή νάρκη).
Τα οικοσυστήματα που καταλαμβάνουν μια συγκεκριμένη έκταση στην ξηρά ή στη θάλασσα συνήθως περνούν μια σειρά από στάδια κατά τη διάρκεια της μακραίωνης ιστορίας τους: ορισμένες χλωρίδες και πανίδες αναπτύσσονται διαδοχικά. Η κλίμαξ είναι το τελικό στάδιο, που χαρακτηρίζει μία βιοτική κοινότητα, η οποία επιβιώνει για πολύ μακρύ χρονικό διάστημα.
Οταν το ανθρώπινο είδος εμφανίστηκε στη Γη, ο ανθρώπινος πληθυσμός ήταν μέρος του φυσικού οικοσυστήματος. Με την εξέλιξη του πολιτισμού, πολλοί από τους δεσμούς με το φυσικό οικοσύστημα διαταράχθηκαν. Η περιβαλλοντική κρίση που έπεται απαιτεί τη λήψη επειγόντων μέτρων με σκοπό να επιτευχθεί ή επανένταξη της ανθρωπότητας μέσα στο μεγάλο δίκτυο του βίου.
Εξέλιξη
Η εξέλιξη είναι η σταδιακή διαδικασία μέσω της οποίας εμφανίστηκε η ζωή και αναπτύχθηκε μέχρι την παρούσα στιγμή. Η έννοια της εξέλιξης έχει υποστηριχθεί με εκτεταμένες αποδείξεις:
• υπολείμματα των απολιθωμένων οργανισμών έχουν μελετηθεί και η ηλικία τους έχει καθοριστεί με τη χρήση μεθόδων ακριβείας. Εκτός από τα απομεινάρια αφανισμένων ζωικών και φυτικών ειδών, πρόσφατα ανακαλύφ-θηκε μία σειρά μικροαπολιθωμάτων. Αυτά μας παρέχουν τη δυνατότητα να ερευνήσουμε τα πρώτα στάδια της βιολογικής εξέλιξης, όταν τη Γη κατοικούσαν μόνο μικροοργανισμοί. Ολα αυτά τα ευρήματα, μαζί με τα γεωλο-γικά στοιχεία, μας έδωσαν τη δυνατότητα να προσδιορίσουμε τη γενική χρονική πορεία της εξέλιξης και να εισαγάγουμε μία αξιόπιστη γεοχρονολο-γική κλίμακα,
• έχει αποδειχθεί, ότι οι ζωντανοί οργανισμοί συνεχίζουν να εξελίσσονται κατά τη σημερινή εποχή. Σε διάφορες χρονικές περιόδους, παράλληλα με την ανθρώπινη ιστορία, ενδέχεται να εμφανιστούν νέα είδη και να εξαφανιστούν τα προϋπάρχοντα,
• υπάρχουν διαφορετικά είδη που παρουσιάζουν παρόμοια χαρακτηριστικά υποδηλώνοντας κοινή καταγωγή. Για παράδειγμα, όλα τα σπονδυλωτά έχουν έναν μεγάλο αριθμό ομόλογων οργάνων, όπως είναι η καρδιά, το κεντρικό νευρικό σύστημα, τα άκρα. Αυτά πρέπει να κατάγονται από τα ίδια προγονικά όργανα και έκτοτε να έχουν διαφοροποιηθεί σε σχέση με τις λειτουργίες τους,
• πολλοί οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων και των ανθρώπινων, παρουσιά-ζουν υποτυπώδη όργανα, δηλαδή όργανα που σταδιακά έχασαν τη λειτουργία τους αλλά διατηρούνται ακόμα σε ατροφική μορφή. Τέτοια όργανα είναι η σκωλικοειδίτις, το τρίτο βλέφαρο στο ανθρώπινο μάτι, το τριχωτό του σώμα-τος, κλπ,
• τα έμβρυα διαφορετικών βιολογικών ειδών εμφανίζουν παρόμοια χαρακτη-ριστικά. Ο βαθμός της ομοιότητας εξαρτάται από την έκταση, στην οποία συνδέονται οι οργανισμοί. Σε οργανισμούς, στους οποίους η συγγένεια είναι πιο μακρινή, η αποκάλυψη παρόμοιων χαρακτηριστικών εμφανίζεται μόνο στα πρώτα στάδια της εμβρυακής ανάπτυξης. Αυτός ο νόμος της ανακεφαλαίωσης, που παρουσιάστηκε αρχικά από τους Mueller και Haeckel με εφαρμογή στα σπονδυλωτά, πρόσφατα φάνηκε να ισχύει ακόμα και στους μικρο-οργανισμούς,
• η ομοιότητα της ακολουθίας των αμινοξέων των πρωτεινών όπως η φερρεδοξίνη και το κυτταρόχρωμα c στηρίζουν την έννοια της εξέλιξης και διευρύνουν επίσης τις γνώσεις μας, ως προς τις εξελικτικές σχέσεις ανάμεσα στους οργανισμούς,
• σε θέματα δομής των κυττάρων και λειτουργιών, όλες οι μορφές ζωής παρου-σιάζουν ένα μεγάλο αριθμό παγκοσμίων σχεδίων, σε ορισμένα από τα οποία έγινε αναφορά προηγουμένως.
Η βιολογική εξέλιξη εξετάζεται ως ένα δεδομένο γεγονός. Ποιές όμως είναι οι δυνάμεις που καθορίζουν αυτήν την εξέλιξη; Οι πρόσφατες έρευνες έδωσαν σημαντικά αποτελέσματα σε ό,τι αφορά στον μηχανισμό της εξέλιξης:
• αρχικά, ο Δαρβίνος θεωρούσε την εξέλιξη ως μία αργή, σταδιακή διαδικασία. Σήμερα, τα στοιχεία είναι υπέρ μιας ταχείας, απότομης, με ακρίβεια καθορι-σμένης εξέλιξης, διασπαρμένης ανάμεσα σε μακρές περιόδους, κατά τις οποίες δεν επέρχεται καμία σημαντική αλλαγή στις διάφορες μορφές του βίου. Το γεγονός ότι δεν έχουν βρεθεί ενδιάμεσες μορφές ζωής, έτσι ώστε να καλυφθεί το κενό στην σειρά της εξέλιξης, το οποίο μέχρι σήμερα δικαιο-λογείτο ως έλλειψη πληρότητας στα αρχεία των απολιθωμάτων, σήμερα εξη-γείται σύμφωνα με την ιδέα των εξελικτικών αλμάτων από ένα είδος ή κατηγορία στο άλλο,
• η εξέλιξη παραδοσιακά συνδεόταν με τον αγώνα για επιβίωση στη φύση. Διαφορετικοί οργανισμοί συναγωνίζονταν για τις περιορισμένες πηγές τροφής, τα εδάφη ή για έναν περιορισμένο αριθμό συντρόφων. Σ' αυτόν τον αγώνα επιβίωνε μόνο ο καλύτερος και άφηνε απογόνους. Ομως, υπάρχουν ενδείξεις, ότι η έννοια της φυσικής επιλογής ίσως να μην είναι αρκετή για να εξηγήσει λογικά την εξέλιξη. Τα ακόλουθα στοιχεία παρουσιάστηκαν κατά τα τελευταία χρόνια. Ορισμένα υποκατάστατα νουκλεοτιδίων παράγουν μεταλ-λάξεις, που δεν έχουν αξιόλογο αποτέλεσμα στην βιωσιμότητα και την ακμαιότητα του οργανισμού. Αυτές οι μεταλλάξεις θεωρούνται ουδέτερες σε σχέση με τον αγώνα για επιβίωση. Η εξέλιξη που βασιζόταν σε αυτές τις μεταλλάξεις ελέγχεται από την πίεση της φυσικής επιλογής.
• σήμερα δίνεται μεγάλη προσοχή στην εξέλιξη μέσω της συνεργασίας. Αυτό το είδος της εξέλιξης μειώνει ή περιορίζει τον ανταγωνισμό, με τη δημιουργία συνδέσμων ανάμεσα στους οργανισμούς. Η συνεργασία, της οποίας η πιο προχωρημένη μορφή αναφέρεται ως συμβίωση, αφθονεί στη Γη. Οπως έχει ήδη αναφερθεί, τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες, σημαντικά οργανίδια του ευκαριωτικού κυττάρου, είναι τα αποτελέσματα της συμβίωσης.
Οι εξελικτικές αλλαγές στις μορφές ζωής επηρεάζονται από τη φυσική επιλογή, ίσως όμως και από τους νόμους της συμμετρίας. Ενας αριθμός βιολόγων υποστηρίζει, ότι η εξέλιξη προχωρεί σύμφωνα με τους νόμους της αισθητικής.
Τα Μεγαλύτερα Γεγονότα της Εξέλιξης.
Υπολογίζεται ότι η Γη έχει ηλικία 4,5 δισεκατομμυρίων ετών. Τα πρώτα απολιθώματα οργανισμών, που έχουν βρεθεί έχουν ηλικία μεγαλύτερη των 3 δισεκατομμυρίων ετών και κάποια από τα δείγματα είναι 3,8 δισεκατομμυρίων ετών. Ετσι, η εμφάνιση της ζωής τοποθετείται σε αρχικό στάδιο της ιστορίας της Γης και οι δυνάμεις που κατεύθυναν αυτή τη διαδικασία παραμένουν άγνωστες. Εχει υποστηριχθεί, ότι η χημική σύνθεση των οργανικών ουσιών προηγήθηκε της ανάπτυξης των πρώτων ειδών ζωής. Αυτό συμβαδίζει με την υπόθεση του Oparin για την αβιοτική προέλευση της ζωής.
Θεωρείται, ότι οι ανόργανες ουσίες όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και η αμμωνία αντέδρασαν, με την παρουσία άλλων ουσιών και παρήγαγαν οργανικά μόρια ολοένα αυξανόμενης συνθετότητας. Αυτή η αβιογενική σύνθεση ενδέχεται να είχε καθοδηγηθεί από την ενέργεια της υπεριώδους ακτινοβολίας και τον ηλεκτρισμό της ατμόσφαιρας. Ενδέχεται επίσης να είχε καταλυθεί από μέταλλα που περιέχονταν σε τμήματα σκόνης ή αιωρούνταν στα νερά των ωκεανών. Οπως φάνηκε από τα πειράματα, κάτω από τέτοιες συνθήκες είναι δυνατή η δημιουργία ακολουθίας αμινοξέων και συστατικών που περιέχουν νουκλεοτίδια. Τα λιπίδια προωθούν τη δημιουργία τέτοιων κατασκευών, με το να περικλείουν και να συγκεντρώνουν αμινοοξέα, μικρά πεπτίδια και νουκλεοτίδια. Αυτά τα προβιολογικά συστήματα μπορούν να αναπτυχθούν, να διαιρεθούν να συγκεντρώσουν ουσίες από το περιβάλλον και να ανταγωνιστούν μεταξύ τους. Βεβαίως, απέχουν πολύ από το να θεωρηθούν ζωντανοί οργανισμοί. Απαιτείται μεγάλη επιπρόσθετη ανάπτυξη για να δημιουργηθεί ένα ζωντανό κύτταρο.
Ορισμένα άλλα στοιχεία αφορούν το RNA. Τα μικρά μόρια του RNA δείχνουν να συνθέτονται με την παρουσία ανόργανων καταλυτών, όπως με τα τεμάχια πηλού. Ο ίδιος ο πηλός ενδέχεται να έχει δημιουργήσει κατασκευές ικανές να αναπαραχθούν με ακρίβεια, τα επονομαζόμενα ανόργανα γονίδια. Αυτά ίσως να ήταν οι πρώτες μορφές γενετικών πληροφοριών.
Γεγονότα που συνέβησαν μετά την εμφάνιση της πρωτόγονης ζωής στη γη, έχουν καταγραφεί καλύτερα. Η κατασκευή του RNA και ορισμένα πρωτεϊνικά μόρια έχουν παίξει το ρόλο εξελικτικών ιχνών. Οι διαφορές που παρατηρούνται στην κατασκευή τους, σχετίζονται απ' ευθείας με την απόσταση ανάμεσα στους οργανισμούς, συγκρινόμενους υπό τους όρους της εξέλιξης.
Η πρόσφατη πρόοδος στον τομέα της βιολογικής επιστήμης έφερε την κατανόησή μας για το βίο πέρα από κάθε δυνατό όριο της φαντασίας. Παραταύτα, δεν θα πρέπει κανείς να έχει την εντύπωση, ότι όλα μας τα προβλήματα έχουν βρει μία ικανοποιητική απάντηση. Υπάρχουν ακόμα θεμελιώδη ερωτήματα, ως προς την προέλευση, τους μηχανισμούς και τις κατευθυντήριες δυνάμεις του βίου.
Εχει πολύ μεγάλη σημασία, να συνειδητοποιήσουν οι άνθρωποι το γεγονός, ότι έχουμε υπάρξει στη Γη για ένα ασήμαντο διάστημα του χρόνου, σε σύγκριση με τα δισεκατομμύρια των ετών, που έχουν υπάρξει τα διάφορα είδη του βίου. Δεν έχουμε δικαίωμα να προξενήσουμε ανεπανόρθωτη ζημιά στις υπόλοιπες μορφές του βίου. Είναι απαραίτητο να μάθουμε να σεβόμαστε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και να εμβαθύνουμε στην κατανόηση και την εκτίμηση της φυσικής και βιολογικής διαδικασίας, έτσι ώστε να επανακαθιερώσουμε μία αρμονική συνύπαρξη με το βίο, που αποτελεί ένα θαυμαστό δώρο στον πλανήτη μας.
Βιβλιογραφία
1. Βλαβιανού-Αρβανίτη Α., Oleskin, A. Biopolitics - The Bio-Environment - Bio-Syllabus, Διεθνής Οργάνωση Βιοπολιτικής, Αθήνα, 1992.
2. Allamong, B.D., Auffenberg, W., Glass, H.B., Heim, W.G., Moore, J.A., Morrill, K., and Wagner, J., (1980) Teacher's Guide Biological Science. A Molecular Approach, BSCS Ble Version, 4th Edition. D.C. Heath and Co. Lexington, Massachusetts. Toronto.
3. Campbell, N.A., (1987) Biology. The Benjamin/Cummings Publishing Company, California.
4. Friday, A., and Ingram, D.S., (1985) The Cambridge Encyclopedia of Life Sciences. Cambridge University Press, Cambridge, London, New York.
5. Griffin, R.D., (1962) Animal Structure and Function. Holt, Rinehart and Winston. New York, Chicago, San Francisco, Toronto, London.
6. Grzymek, B., (1976) Encyclopedia of Ecology. Van Nostrand Reinhold Co. N.Y., Cincinnati, Toronto, London, Melbourne.
7. Haynes, N.L., (1980) Resource Book of Test Items. Biological Science. An Ecological Approach, BSCS Green Version, 4th Edition. Rand McNally and Co. Chicago, New York, San Francisco.
8. Hurlbut Jr., C.S., (1976) The Planet We Live On. Harry N. Abrams, Inc., New York.
9. Mader, S.S., (1985) Inquiry into Life. William C. Brown, Dubuque, Iowa.
10. Margulis, L., (1985) Symbiogenesis in Cell Evolution. New York.
11. Moore, J.A., Olsen, I.D., et al., (1973) Biological Science. An Inquire into Life, H.B. Jovanovich, Inc. New York, Chicago, San Francisco, Atlanta, Dallas.
12. Odum, E.O., (1985) Fundamentals of Ecology
13. Otto, J.H., and Towle, A., (1973) Modern Biology. Holt, Rinehart and Winston, Inc. New York, London, Toronto and Sydney.
14. Otto, J.H., Otto, W.D., Towle, A., and Weaver, R.A., (1969) Teacher's Guide Modern Biology. Holt, Rinehart and Winston, Inc. New York, Toronto, London and Sydney.
15. Perrott, E., Campbell, I.D., and Hughes-Evans, D., (1974) Biology: An Environmental Approach, Teachers' Guide, pp.161-206. J. Murray. London.
16. Sasson, A, (1987) Biotechnology: Challenges and Hopes
17. Skulachev, V.P., (1989) Membrane Bioenergetics. Plenum Press.
18. Villee, C.A., (1977) Biology. W.B. Saunders Co. Philadelphia, London and Toronto.
19. Βλαβιανού-Αρβανίτη Α., (1985). Βιοπολιτική-Διαστάσεις της Βιολογίας. Διεθνής Οργάνωση Βιοπολιτικής Αθήνα.

No comments:

Post a Comment