Ο όρος γενετική ποικιλότητα αναφέρεται στη διαφοροποίηση του γενετικού υλικού μεταξύ των ατόμων του ίδιου είδους και καλύπτει τη γονιδιακή ποικιλία (διαφοροποίηση στα ποσοστά των γονιδιακών αλληλομόρφων) μεταξύ των πληθυσμών του ίδιου είδους ή/και τη γονιδιακή ποικιλία (ποικιλία γονιδιακών αλληλομόρφων) μεταξύ των ατόμων του ίδιου πληθυσμού. Εύκολα αντιληπτά παραδείγματα - αποτελέσματα γενετικής ποικιλότητας είναι οι παρατηρούμενες διαφορές (κυρίως μορφολογικές και σπανιότερα ανατομικές και φυσιολογικές) μεταξύ ανθρώπων διαφορετικών φυλών και μεταξύ ατόμων της ίδιας φυλής. Στα είδη που αναπαράγονται με αμφιγονία η γενετική ποικιλότητα εμπλουτίζεται περισσότερο καθώς οι απόγονοι (φυτικοί ή ζωικοί οργανισμοί) κληρονομούν από τους γονείς τους ένα μοναδικό πρακτικά συνδυασμό γονιδίων (εικ. 1).

Εικόνα 1. Αμφιγονικός τρόπος αναπαραγωγής

Λάθη που γίνονται κατά την αντιγραφή του DNA ή κατά τη διαίρεση των χρωμοσωμάτων καθώς και η επίδραση μεταλλαξιγόνων παραγόντων (χημικές ουσίες, διάφοροι τύποι ιονίζουσων ακτινοβολιών, όπως η Χ και η γ-ακτινοβολία, καθώς και η κοσμική και η υπεριώδης ακτινοβολία) προκαλούν μεταλλάξεις (εικ. 2). Η συσσώρευση μεταλλάξεων προσδίδει στο άτομο τροποποιημένες ιδιότητες. Οι ιδιότητες αυτές "αξιολογούνται" και εξαπλώνονται στον πληθυσμό ή εκλείπουν, μαζί με τα άτομα που τις φέρουν, ανάλογα με τα προσαρμοστικά πλεονεκτήματα ή μειονεκτήματα αντίστοιχα που επιφέρουν στους φορείς τους. Ως προσαρμοστικό πλεονέκτημα θεωρείται οποιοδήποτε μορφολογικό, ανατομικό ή φυσιολογικό χαρακτηριστικό που ευνοεί την επιβίωση και αναπαραγωγή του ατόμου σε συγκεκριμένο χώρο (περιβάλλον) και χρόνο.

Εικόνα 2. Η διπλή αλυσίδα του DNA συνδυάζεται με συγκεκριμένες πρωτεΐνες
και συγκροτούν τα χρωμοσώματα στον πυρήνα των κυττάρων.

Το γενετικό υλικό ενός ατόμου (γονότυπος) αλληλεπιδρά με το περιβάλλον και καθορίζει το φαινότυπό του, τα βιοχημικά, φυσιολογικά ή μορφολογικά χαρακτηριστικά του οργανισμού. Η γενετική ποικιλότητα επιτρέπει στα άτομα ενός είδους και κατ΄επέκταση στους πληθυσμούς που αυτά συνιστούν να προσαρμόζονται σε αλλαγές των περιβαλλοντικών συνθηκών. Όταν ο αριθμός των ατόμων ενός είδους μειώνεται σημαντικά, η γενετική του ομοιομορφία αυξάνεται (τα σπανιότερα γονιδιακά αλληλόμορφα πιθανότατα εκλείπουν) και συνεπώς οι προσαρμοστικές δυνατότητες των μελών του ελαττώνονται.

Εικόνα 3. Ο Κάρολος Δαρβίνος πρώτος ανέπτυξε μια ολοκληρωμένη θεωρία για την εξέλιξη των βιολογικών ειδών σύμφωνα με την οποία η Φυσική Επιλογή αποτελεί την κινητήρια δύναμή της.

Αν και οι πληθυσμοί όλων των ειδών τείνουν να αυξηθούν από γενιά σε γενιά με γεωμετρική πρόοδο, το μέγεθός τους παραμένει σχεδόν σταθερό σε κάθε γενιά. Η υπέρμετρη αύξηση ενός πληθυσμού εμποδίζεται από την ύπαρξη περιοριστικών παραγόντων. Ειδικότερα, μέσα σε μία βιοκοινότητα, τα άτομα ενός πληθυσμού καθώς και οι πληθυσμοί μεταξύ τους ανταγωνίζονται για συγκεκριμένους κάθε φορά πόρους (χώρο, τροφή, αναπαραγωγικό σύντροφο κ.ά.). Οι ενδοειδικές (ενδοφυλετικές ή και ανεξαρτήτως φύλου) και διαειδικές αυτές μορφές ανταγωνισμού ευνοούν τα "ισχυρότερα", τα καλύτερα προσαρμοσμένα άτομα (Φυσική Επιλογή: Αρχή της διατήρησης και επιβίωσης του καλύτερα προσαρμοσμένου οργανισμού, Charles Darwin, 1859, "Η προέλευση των ειδών", εικ. 3, 4). Τα καλύτερα προσαρμοσμένα στο περιβάλλον τους άτομα αναπαράγονται με γρηγορότερους ρυθμούς και η γενετική τους σύνθεση επικρατεί διαμορφώνοντας την εξελικτική πορεία του πληθυσμού και έμμεσα του είδους στο χρόνο.

Εικόνα 4. Ο Δαρβίνος παρατήρησε ότι στο νησί Χάθαμ (αρχιπέλαγος των Γκαλαπάγκος, Ειρηνικός Ωκεανός) υπήρχαν 14 είδη ενός πτηνού, τα οποία μοιάζουν με σπίνους και διαφέρουν μεταξύ τους στη μορφή του ράμφους τους. Οι διαφορές αυτές σχετίζονταν με την περιοχή στην οποία ζούσαν (έδαφος, δέντρα κ.ά.) και με το είδος της τροφής τους (σπόροι, έντομα, καρποί κ.ά.). Σύμφωνα με το Δαρβίνο, τα είδη αυτά προήλθαν από έναν κοινό πρόγονο και οι διαφοροποιήσεις τους αποτελούν προσαρμογές για μείωση της έντασης του ανταγωνισμού.

Η θεωρία της Φυσικής Επιλογής για την εξέλιξη των ειδών επικράτησε άλλων προγενέστερων ή σύγχρονων της σχετικών θεωριών με χαρακτηριστικότερη ίσως τη θεωρία του Jean - Baptiste Lamarck σύμφωνα με την οποία η εξέλιξη συντελείται μέσω κληρονόμησης επίκτητων χαρακτηριστικών (εικ. 5).

Εικόνα 5. Ο μηχανισμός της εξέλιξης σύμφωνα με τον Jean - Baptiste Lamarck και τον Charles Darwin

Εικόνα 6. Αρσενικό και θηλυκό άτομο του είδους Anas platyrhynchos (πρασινοκέφαλη πάπια). Το φτέρωμα του αρσενικού ατόμου παρουσιάζει έντονα χρώματα.

Η ύπαρξη γενετικής ποικιλότητας μέσα σε έναν πληθυσμό παρέχει στα άτομα τη δυνατότητα ανάπτυξης προσαρμοστικών πλεονεκτημάτων καθιστώντας τα ανταγωνιστικά αποτελεσματικότερα. Ο έντονος και εντυπωσιακός χρωματισμός του φτερώματος ορισμένων αρσενικών πουλιών (γεγονός που τους δίνει προτεραιότητα κατά την επιλογή τους από τα θηλυκά άτομα για αναπαραγωγή), ο προστατευτικός χρωματισμός (εμφάνιση ομοιόμορφη με το υπόστρωμα ανάπτυξης - καμουφλάζ) άλλων οργανισμών, ο μιμητισμός, η οξεία όραση των αρπακτικών κ.ά. αποτελούν μερικά μόνο παραδείγματα προσαρμογών (μορφολογικών και φυσιολογικών αντίστοιχα) που ευνοούνται από τη Φυσική Επιλογή (εικ. 6, 7, 8, 9, 10). Η ανάπτυξη, ωστόσο, παρόμοιων προσαρμογών καθώς και η τροποποίησή τους όταν αλλαγές των περιβαλλοντικών συνθηκών το επιβάλουν είναι δυνατή εξαιτίας της ύπαρξης ευρείας ενδοειδικής γενετικής ποικιλότητας, μεγάλου και ανομοιογενούς δηλαδή γενετικού αποθέματος μέσα στο είδος.

Εικόνα 7. Το είδος Lithops salicola (αριστερά) φυτρώνει στις πετρώδεις ερήμους της Ν, Αφρικής και λόγω σχήματος και χρώματος συγχέεται εύκολα με τις πέτρες του περιβάλλοντος τους. Ανοίγοντας τα φτερά της η πεταλούδα Automenis io (δεξιά) αποκαλύπτει σχηματισμούς που μοιάζουν με τα μάτια ενός μεγαλύτερου ζώου και τρομάζουν τους εχθρούς της.

Εικόνα 8. Η πεταλούδα Limenitis archippus (δεξιά) προστατεύεται από τα αρπακτικά καθώς μοιάζει με τη δηλητηριώδη πεταλούδα Danaus plexippus (αριστερά).

Εικόνα 9. Η σφήκα αριστερά είναι μία από τις μεγαλύτερες του είδους της. Τα περισσότερα πουλιά την αποφεύγουν γιατί το τσίμπημά της είναι επώδυνο. Το έντομο δεξιά είναι εντελώς ακίνδυνο αλλά μορφολογικά μοιάζει τόσο πολύ με τη σφήκα που οι εχθροί του το αποφεύγουν επίσης.

Εικόνα 10: Ο δρυοκολάπτης (Picus viridis) έχει δυνατό οξύληκτο ράμφος και μακριά κολλώδη γλώσσα, χαρακτηριστικά που του επιτρέπουν να ανασύρει έντομα που ζουν κάτω από το φλοιό των δέντρων. Η άκαμπτη, σκληρή ουρά του και ο σχηματισμός των δακτύλων του, το βοηθάει στη στήριξή του πάνω στους κορμούς σε θέση σχεδόν παράλληλη. Το χαρακτηριστικό σχήμα του ράμφους του ελατοσταυρομύτη (Loxia curvirostra) τον βοηθάει στο άνοιγμα των κώνων (έλατου, πεύκου) και στην αφαίρεση των σπόρων που αποτελούν την τροφή του. Το ράμφος της καρδερίνας (Carduelis carduelis), με μήκος ίσο σχεδόν με το πάχος, είναι τυπικό ενός σποροφάγου πουλιού. Ο θαλασσαετός (Haliaeetus albicilla) διαθέτει προσαρμογές χαρακτηριστικές για τα αρπακτικά είδη, που τον βοηθούν στον εντοπισμό της λείας (ισχυρή όραση, ακριβής εκτίμηση των αποστάσεων), τη σύλληψη (ταχύτατη εφόρμηση, ισχυρά δάχτυλα και νύχια) και τη θανάτωσή της (ισχυρό και γαμψό ράμφος). Η κατασκευή του ράμφους του μαυρολαίμη (Saxicola torquata) είναι χαρακτηριστική για τα εντομοφάγα πουλιά. Φωλιάζει στο έδαφος, κοντά στη βάση των θάμνων και συλλαμβάνει τη λεία του ακόμα και εν πτήσει.

Εικόνα 11. Συγγενικά είδη που συμβιώνουν μειώνουν την ένταση του ανταγωνισμού μεταξύ τους αναζητώντας την τροφή τους σε διαφορετικές θέσεις.

Ο E. O. Wilson, πρωτοπόρος των θεωριών της κοινωνιοβιολογίας και της βιοποικιλότητας, αναφέρει: "Κάθε είδος αποτελεί δεξαμενή μιας τεράστιας ποσότητας γενετικής πληροφορίας. Ο αριθμός των γονιδίων ποικίλει από 1.000 στα βακτήρια και 10.000 στους μύκητες έως 700.000 ή και περισσότερα σε πολλά ανθοφόρα φυτά. ... Αν "ξετυλίγαμε" την αλυσίδα του DNA το μήκος της θα ήταν περίπου ένα μέτρο. Ωστόσο το μόριο αυτό είναι αόρατο με γυμνό μάτι. ... Η συνολική πληροφορία που βρίσκεται αποθηκευμένη στο μόριο του DNA, αν μεταφραζόταν σε κείμενο με κανονικού μεγέθους γράμματα, θα γέμιζε και τις 15 εκδόσεις της Encyclopedia Britannica που έχουν δημοσιευτεί από το 1768.".

Ανθρώπινες φυλές και γενετική ποικιλότητα

Το συμπέρασμα που προκύπτει από την πρώτη ανάγνωση του ανθρώπινου γονιδιώματος (2001) είναι ότι το Homo sapiens αποτελεί ένα εξαιρετικά ομοιογενές είδος. Δύο οποιοιδήποτε άνθρωποι και ανεξάρτητα από τη γεωγραφική τους προέλευση, είναι γενετικά ταυτόσημοι κατά 99,9%. Το υπόλοιπο 0,01% είναι αυτό που διαφοροποιεί τον καθένα μας από τους υπόλοιπους. Τα χαρακτηριστικά που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται για την κατηγοριοποίηση των ανθρώπων σε φυλές (χρώμα δέρματος, ματιών κ.ά.) ελέγχονται από μικρό αριθμό γονιδίων τα οποία μεταλλάχθηκαν ως ανταπόκριση στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι πληθυσμοί π.χ. που κατοικούν γύρω από τον Ισημερινό ανέπτυξαν σκούρο χρώμα δέρματος που εξασφαλίζει την προστασία από την υπεριώδη ακτινοβολία. Αντίθετα πληθυσμοί που κατοικούν γύρω από τους πόλους ανέπτυξαν διάφανο λευκό δέρμα έτσι ώστε να εκμεταλλεύονται το λιγοστό φως για τη σύνθεση της βιταμίνης D. Ο χαρακτηρισμός λοιπόν μιας φυλής ως "ανώτερης" ή "κατώτερης" είναι γενετικά τουλάχιστον απόλυτα αυθαίρετος.

Εικόνα 1: MADER S., "Inquiry Into Life", σελ. 88
Εικόνα 2: GALLAVOTTI B., "Τα Μυστικά της Ζωής", Τόμος 9, σελ. 21
Εικόνα 3: www.agiweb.org/news/evolution/ darwinstheory.htm
Εικόνα 4: ΜΠΑΡΩΝΑ-ΜΑΜΑΛΗ Φ., ΜΠΟΤΣΑΡΗΣ Ι., ΜΠΟΥΡΜΠΟΥΧΑΚΗΣ Ι. & ΠΕΡΑΚΗ Β.,
"Βιολογία Γενικής Παιδείας Γ' τάξης Ενιαίου Λυκείου", σελ. 138
Lithops salicola: www.cactusandsucculent.org/.../ foto/lithops-salicola.jpg
Automenis io: www.uky.edu/Agriculture/Entomology/ entfacts/misc/ef008.htm
Danaus plexippus: www.nenature.com/Butterflies/ MonarchButterfly.htm
Limenitis archippus: www.duke.edu/~cwcook/ pix/viceroy02.jpg
Εικόνα 9: SCOTT M., "Γνωριμία με την Επιστήμη - Οικολογία", σελ. 41
Picus viridis: www.vogelwerkgroeparnhem.nl/ soorten/g.htm
Loxia curvirostra: www.greglasley.net/ redcross.html
Carduelis carduelis: home.swipnet.se/~w-43136/ pics/a0011.jpg
Haliaeetus albicilla: digilander.libero.it/emstival/ uccelli/nibrea.jpg
Saxicola torquata: www.africamuseum.be/.../Gallery/ Saxicola%20torquata.jpg
Εικόνα 11: MILLER T. G., "Living in the Environment: Principles, Connections and Solutions", σελ. 137

Σχετικά δημοσιεύματα

• Η «Αναγέννηση» της εξελικτικής σκέψης • Το ταξίδι στην «ελευθερία της ζωής» • Τα γονίδιά μας δεν είναι ο εαυτός μας • Πόσο τυχαία είναι η εξέλιξη; • Aμφίβια, οι απώτατοι πρόγονοι • H εξελικτική ιστορία των θηλαστικών • Οι αποκαλύψεις του απολιθωμένου DNA • Πίθηκοι, ανθρωπίδες, άνθρωποι • Τι μας δείχνει το "μοριακό ρολόι" • Το «έπος» των ανθρώπων και οι Αυστραλοπίθηκοι • Ο «συγγενής» μας ο Νεάντερταλ • Εξακολουθούμε να εξελισόμαστε;