livets utvikling på Jorden

Antallet forskjellige arter på Jorden i vår tid er ikke kjent. Det kan være så mange som 30 millioner, eller flere. Forskere som klassifiserer arter kalles taksonomer. De har et krevende arbeid fordi det i mange tilfeller er vanskelig å avgjøre om det er en ny art man står overfor. De forskjellige livsformer er ikke jevnt fordelt utover planeten. Man regner med at det finnes ca. 20 såkalte «hotspots» som er særlig artsrike regioner.

På grunn av menneskelig virksomhet utryddes det nå kanskje én art hver eneste dag; noen mener én hver time. Samtidig oppdages det stadig nye livsformer. De senere år er det for eksempel oppdaget artsrike områder i de store havdyp utenfor Antarktis, (under Larsen ice shelf). Isen brytes opp på grunn av oppvarming, og havdypet blir tilgjengelig for undervannsekspedisjoner.

Organismene som lever nå er svært forskjellige. De omfatter blant annet alle bakterier, alger, nematoder, albatrosser, tubeormen Riftia, flaggermus, brølaper, blekkspruter, bromeliaplanter, fytoplankton, torsk, neshornpadde, biller, slimsopp, for å nevne noen få. Det kan i første omgang virke usannsynlig at arter med så ulike utseender og leveforhold kan være i slekt med hverandre.

De som mener at alle Jordens arter er skapt hver for seg, nøyaktig slik de finnes i dag, kalles kreasjonister. Teorien kalles kreasjonisme. Denne teorien har få tilhengere, og motsies av mange tungtveiende observasjoner, ikke minst undersøkelser av fossiler. Den rådende oppfatning er at alt liv på Jorden er resultatet av en utvikling over svært lang tid, med en felles opprinnelse. De første livsformer kan ha liknet de kjemotrofe, anaerobe, termofile bakterier som finnes på havdypet der det sendes ut varmt, svovelholdig vann fra jordens indre. Grunnen til at man har festet seg ved disse bakteriene er at de kan leve under forhold som likner situasjonen på Jorden da livet oppstod, for ca. 3,8 milliarder år siden. De har fått fellesnavnet erkebakterier.

Det er to hovedmåter å studere livsformene på. Den vanligste inntil ganske nylig, var basert på ytre likhetstrekk. Den andre måten gjør bruk av molekylærbiologiske metoder, som for eksempel studier av forskjeller i DNA-sekvenser. Utviklingsstudier basert på molekylærbiologi har gitt oss mange og til dels overraskende funn om livsformenes slektskapsforhold.

I nesten to milliarder år, nær halvparten av livets historie på kloden, fantes det bare bakterier. Bakterier har ikke cellekjerner. Arvestoffet flyter omkring i cellen. På gresk heter kjerne karyon. Derfor kalles celler uten cellekjerne prokaryoter, «før-kjerne-organismer». Celler med cellekjerne kalles eukaryoter, det vil si de som har sann kjerne. Det var slike celler som gjorde mulig dannelse av flercellete organismer med spesialiserte organer.

Med denne informasjon som grunnlag kan livet sies å bestå av tre domener: 1) Bakterier Eubacteria, 2) erkebakterier, Archea og 3) eukaryoter, Eukarya, som omfatter mange encellete og flercellete organismer, blant annet dyr, planter og sopp.

De første dyr oppstod først 2000 millioner år etter livets opprinnelse. Da hadde blågrønnbakterier og encellete alger produsert nok oksygen til oksidativ fosforylering, det vil si den kjemiske energiomsetning som dyr er avhengig av. Både dyr og sopp er avhengig av planter som produserer næringsstoffer med energi fra Solen.

Utviklingen av de forskjellige arter har ikke fulgt en lineær progresjon fra primitive former til mer avanserte, med mennesket på toppen. For eksempel skjedde det etter en lang utviklingspause en dramatisk økning i antall nye familier og arter i den perioden som kalles kambrium (570 millioner år siden). Fossiler fra denne perioden viser at mange dyr hadde utviklet kompliserte kroppsplaner både med og uten benet struktur og beskyttelsesplater. Noen var tydeligvis byttejegere, andre plantespisere. Flere av disse artene representerer evolusjonære blindgater.

Livets utvikling beskrives fortsatt ofte som et tre, eller som en busk med mange forgreninger og parallelle skudd. Noen utviklingsgrener er blitt kuttet på grunn av katastrofale miljøforandringer, mens andre har klart seg og dannet nye forgreninger. Hvis livsbetingelsene endrer seg i ugunstig retning (for eksempel en ny istid), kan enklere livsformer med større overlevelsesevne få sin sjanse, mens de mer avanserte arter og familier går til grunne. Utviklingen er altså ikke målrettet i den forstand at enklere arter har utviklet seg til stadig mer kompliserte, med mennesket på toppen av skaperverket. Alle skapninger som lever nå, er hver for seg like «moderne» som mennesket. En nålevende art kan ikke være forgjenger for en annen nålevende art. Mennesket stammer ikke fra apene, men er i slekt med dem. Dersom man følger menneskeapenes og menneskets utviklingshistorie bakover i tid, kommer man til en felles art som ikke lenger eksisterer, og som var utgangspunktet for to separate utviklingsrekker hvorav den ene ledet til det moderne menneske. Forgreningen skjedde for ca. fem millioner år siden.

Tilfeldige miljøkatastrofer har flere ganger i Jordens historie grepet inn på måter som ikke kunne vært forutsett, hver gang med masseutryddelse av phylae (se taksonomi) som resultat. Den største av slike katastrofer fant sted for 245 millioner år siden, på slutten av permtiden, og den hittil siste for 65 millioner år siden, da dinosaurene, som inntil da hadde vært en stor suksess, begynte sin nedgang. Årsaken kan ha vært nedslag av en asteroide med diameter ca. ti kilometer i den nåværende Mexicogolfen. Andre årsaker til katastrofer kan ha vært voldsomme vulkanutbrudd og jordskjelv.

Hvordan nye arter kan oppstå ble i prinsippet forklart av Charles Darwin (1809–82) og Alfred Russel Wallace (1823–1913). En artikkel av Wallace fikk Darwin i 1859, etter mange års studier, til å publisere On the Origin of Species by Means of Natural Selection. Hovedprinsippene i utviklingslæren er følgende:

1) Alle arter produserer et større antall avkom enn det som er nødvendig for å erstatte foreldrene. Selv om populasjonene varierer, gjør de det omkring et gjennomsnittstall som ikke varierer mye. Derfor må de fleste avkommene dø uten selv å ha fått avkom.

2) Innenfor en populasjon vil individenes egenskaper variere. Ikke to individer er nøyaktig like. Av denne grunn vil noen ha bedre muligheter til å reprodusere og få avkom enn andre. 3) Noen av variasjonene har genetisk basis; de kan arves av neste generasjon.

4) Hvis de av avkommet som klarer seg avviker noe fra gjennomsnittet, vil hele populasjonen i løpet av flere generasjoner også forandre seg. En slik forandring kan være av en type som gir overlevelsesgevinst. Skadelige forandringer vil ha mindre sjanse til å bli videreført. Genforandringer kan skje som tilfeldige mutasjoner på grunn av radioaktiv stråling. Dette er grunnlaget for det naturlige utvalg.

5) Under forskjellige livsbetingelser eller miljøer (nisjer) vil naturlig utvalg favorisere de egenskaper som gjør det mulig for livsformene å innta og tilpasse seg til nisjebetingelsene. Se også utviklingslæren.

Hvorfor er det så mange arter på Jorden? I den såkalte allopatriske modellen for utvikling av artsrikdom i det tropiske regnskogbeltet har man tenkt seg at området i perioder er blitt splittet opp i geografisk atskilte regioner. I disse regionene har utviklingen tatt forskjellige retninger, betinget av forskjeller i mutasjonstyper og nisjer. Nye arter med nye trekk og egenskaper er blitt utviklet. Dette tar nødvendigvis lang tid. Populasjonene må være atskilte i hundretusentalls år for at det skal bli tid nok for disse prosessene. Deretter må de atskilte biotopene på nytt komme i kontakt med hverandre, slik at artene inntar et felles habitat.

Andre nødvendige betingelser for denne utviklingsmodellen er at regnskogbeltet har stor utstrekning med plass til mange tre-, plante- og dyrearter, og at det er svært gammelt, minst 60 millioner år. I denne lange tiden har regionen aldri vært fullstendig rasert (for eksempel dekket av is), bare periodisk endret. Når temperaturen faller, blir det mer is på de kjølige breddegrader og mindre nedbør nær ekvator. Tørketiden ved ekvator deler opp regnskogbeltet i skogområder atskilt av savanner og ørkenområder. Det er i slike isolerte biotoper utviklingen kan ta forskjellige retninger. Årsaken til slike klimaendringer kan være de såkalte Milanković-sykler (etter Milutin Milanković (1879–1958) som utførte beregningene i årene 1911–30). Det er periodiske endringer i jordaksens helning og endringer i jordbanens avvik fra en sirkelbane. Dette får konsekvenser for klimaet på jorden. Populært sagt vil disse syklene holde i gang den artspumpen som er drivkraften i den allopatriske modell for utvikling av artsmangfold. Det er også andre utviklingsmekanismer.

I den sympatriske modellen er det kun en delvis isolasjon av subpopulasjoner, og ikke en fullstendig atskillelse som ligger til grunn for utvikling av nye arter og klasser. Også globale katastrofer kan føre til at nye arter utvikles. Det blir ledig nye biologiske nisjer som utnyttes av de livsformer som har overlevd raseringen av hele økosystemer.

Dette temaet er under rask utvikling, ikke minst på grunn av nye kunnskaper om molekylærbiologi og DNA. Også når det gjelder menneskets utvikling har man fått nye kunnskaper de senere år.