EWOLUCJA BIOLOGICZNA: TEORIE, PROCES, DOWODY I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Ewolucja biologiczna jest zmiana właściwości grup organizmów w ciągu pokoleń. Grupy organizmów tego samego gatunku nazywane są „populacjami biologicznymi”.

W istocie, współczesna neodarwinowska teoria ewolucji mówi, że ewolucja polega na stopniowej zmianie form życia. Zaczęło się - przypuszczalnie - od cząsteczki zdolnej do replikacji około 3,5 miliarda lat temu.

Źródło: chensiyuan

Z biegiem czasu nastąpiło rozgałęzienie się linii i pojawiły się nowe i różnorodne gatunki. Mechanizmy tej zmiany ewolucyjnej to dobór naturalny i dryf genów.

Biologia ewolucyjna stara się zrozumieć pochodzenie różnorodności biologicznej i sposób jej utrzymania. Ponieważ jest to centralna nauka w biologii, jest ogólnie uważana za myśl jednoczącą, która integruje różne dyscypliny nauk biologicznych.

Ta jednocząca właściwość biologii ewolucyjnej została zaznaczona w słynnym zdaniu Teodozjusza Dobzhansky'ego: „nic nie ma sensu w biologii, z wyjątkiem ewolucji”.

Dziś biologia ewolucyjna cieszy się wszystkimi postępami w nauce, umożliwiając rekonstrukcję filogenez przy użyciu wielu cech molekularnych i potężnych analiz statystycznych.

Jaki jest proces ewolucyjny?

Ewolucja to termin wywodzący się z łacińskich korzeni evolvere, co oznacza odkrywanie lub ujawnianie ukrytego potencjału. Dzisiaj słowo ewolucja po prostu wywołuje zmianę. Prawdopodobnie jest to część naszego codziennego leksykonu odnoszącego się do zmian w obiekcie lub osobie.

Jednak ewolucja biologiczna odnosi się do zmian w grupach organizmów na przestrzeni pokoleń. Tej ogólnej definicji ewolucji używa Futuyma (2005). Należy zauważyć, że organizmy jako jednostki nie ewoluują, podczas gdy grupy organizmów tak.

W biologii zbiór osobników tego samego gatunku, które współistnieją w czasie i przestrzeni, nazywany jest populacjami. Aby zmiana w populacji została uznana za ewolucyjną, musi być przekazywana z pokolenia na pokolenie za pośrednictwem materiału genetycznego.

Naukowe teorie ewolucji

Od niepamiętnych czasów istota ludzka odczuwała wewnętrzną ciekawość pochodzenia życia i istnienia ogromnej różnorodności, jaką prezentują istoty organiczne.

Ponieważ brytyjski przyrodnik Karol Darwin (1809-1882) wywarł znaczący wpływ na rozwój tej nauki, przeanalizujemy teorie zaproponowane przed i po jego wystąpieniu.

Przed Darwinem: kreacjonizm i niezmienność gatunków

Przed Darwinem przyrodników i innych naukowców charakteryzowało kreacjonistyczne myślenie o pochodzeniu gatunków.

Zajęto się wizjami esencjalizmu, w których każdy gatunek miał niezmienną esencję, a zmienność, którą zaobserwowaliśmy w grupie, była spowodowana jedynie niedoskonałościami bytu. Ta koncepcja została opracowana w czasach Platona i Arystotelesa.

Po pewnym czasie chrześcijanie zaczęli dosłownie interpretować fragmenty Biblii, rozumiejąc, że istoty organiczne zostały stworzone w jednym wydarzeniu przez nadnaturalną istotę. Ta koncepcja nie pozwalała na zmiany gatunku w czasie, ponieważ zostały stworzone w boskiej doskonałości.

W XVIII wieku celem przyrodników było skatalogowanie boskiego planu, który stworzył Bóg. Na przykład Linneusz położył podwaliny pod obecną taksonomię, kierując się tym tokiem myślenia.

Później pogląd ten został zakwestionowany przez różnych myślicieli. Najbardziej trafna teoria pre-darwinowska tamtych czasów została sformułowana przez Jean Baptiste Lamarck. Dla niego każdy gatunek narodził się indywidualnie poprzez spontaniczne pokolenie i był w stanie „rozwijać się” lub ulepszać w czasie.

Jedną z najważniejszych zasad ustanowionych przez Lamarcka było dziedziczenie nabytych postaci. Ten przyrodnik uważał, że różne cechy, które nabywamy przez całe życie, mogą zostać przekazane naszemu potomstwu.

Na przykład, zgodnie z poglądem Lamarkiana, kulturysta, który ciężko pracuje wszystkie grupy mięśni, musiał mieć dzieci z rozwiniętymi mięśniami. Ta sama zasada miałaby zastosowanie w przypadku nieużywania narządów.

Wkład Darwina i Wallace'a do biologii ewolucyjnej: dobór naturalny

Nazwisko Karola Darwina pojawia się w większości tekstów o biologii, niezależnie od jego specjalizacji. Darwin zrewolucjonizował biologię i naukę w ogóle w niewiarygodnym stopniu - porównywalnym na przykład z wkładem Newtona.

W młodości Darwin zachowywał wierność naukom biblijnym. Jednak w towarzystwie myśli religijnej Darwin interesował się naukami przyrodniczymi, dlatego otoczył się najbardziej błyskotliwymi umysłami naukowymi w tej chwili.

Podróż na Beagle

Życie Darwina zmieniło się, gdy w młodym wieku rozpoczął podróż na pokładzie HMS Beagle, brytyjskiego statku, który miał zwiedzać różne regiony Ameryki Południowej. Po kilkuletniej podróży Darwin zaobserwował i zebrał ogromną różnorodność południowoamerykańskiej fauny i flory.

Dzięki swojej optymalnej sytuacji finansowej Darwin mógł poświęcić swoje życie wyłącznie pracy w dziedzinie nauk biologicznych. Po obszernych rozważaniach - a także wykładach z ekonomii - Darwin stworzył swoją teorię doboru naturalnego.

Dobór naturalny to prosta i potężna idea, będąca ważnym mechanizmem ewolucyjnym - choć nie jedynym, jak zobaczymy później.

Pomysł ten nie został wydedukowany wyłącznie przez Darwina. Młody przyrodnik Alfred Wallace niezależnie wpadł na bardzo podobne pomysły. Wallace porozumiał się z Darwinem i obaj razem przedstawili teorię ewolucji przez dobór naturalny.

Pochodzenie gatunków

Później Darwin przedstawia swoje arcydzieło: „Pochodzenie gatunków”, które szczegółowo przedstawia jego teorię i zawiera solidne dowody. Ta książka ma sześć wydań, nad którymi Darwin pracował przez całe życie.

Teoria doboru naturalnego głosi, że jeśli w populacji osobników pojawi się jakaś użyteczna i dziedziczna zmienność, nastąpi reprodukcja zróżnicowana między posiadaczami danej cechy. Będą one miały tendencję do generowania większej liczby potomstwa, zwiększając w ten sposób częstotliwość tej cechy w populacji.

Co więcej, Darwin zaproponował również wspólne pochodzenie: wszystkie gatunki oddzieliły się w czasie ewolucji od wspólnego przodka. W ten sposób wszystkie istoty organiczne można przedstawić w wielkim drzewie życia.

Po Darwinie: neodarwinizm i synteza

Zaraz po publikacji „The Origin” wybuchł wielki spór wśród najważniejszych ówczesnych naukowców. Jednak w miarę upływu lat teoria ta została stopniowo zaakceptowana.

Byli biologowie, którzy nigdy nie akceptowali idei darwinowskich, więc stworzyli własne teorie ewolucyjne, dziś prawie całkowicie zdyskredytowane. Przykładami tego są między innymi neo-lamarkizm, ortogeneza i mutacja.

W latach trzydziestych i czterdziestych wszystkie teorie anty-darwinowskie zostały odrzucone wraz z pojawieniem się syntezy ewolucyjnej. Polegało to na połączeniu idei darwinowskich z wkładem szeregu genetyków i paleontologów, takich jak między innymi Fisher, Haldane, Mayr i Wright.

Dzięki syntezie udało się ujednolicić teorie ewolucji z prawidłowymi zasadami genetycznymi, ponieważ jedną z trudności, jakie Darwin musiał napotkać podczas swojej pracy, była ignorancja genów jako cząstek dziedziczności.

Dowody na ewolucję: tylko teoria?

Dzisiaj ewolucja biologiczna jest faktem popartym solidnymi i obfitymi dowodami. Chociaż biolodzy nie wątpią w prawdziwość tego procesu, w życiu codziennym słyszymy, że ewolucja jest „tylko teorią” - o pejoratywnych konotacjach.

To nieporozumienie wynika z faktu, że termin „teoria” ma różne znaczenia w nauce i życiu codziennym. Dla większości ludzi teoria jest niepewnym przewidywaniem faktu, charakteryzującym się słabym fundamentem. Dla naukowca teoria to zbiór spójnych i odpowiednio ustrukturyzowanych idei.

Idąc za tym porządkiem idei, możemy stwierdzić, że ewolucja jest faktem i istnieją mechanizmy, które ją wyjaśniają, takie jak teoria doboru naturalnego. Oto najwybitniejsze dowody procesu ewolucji.

Homologia

Dwa procesy lub struktury są homologiczne, jeśli wspomniana cecha została odziedziczona bezpośrednio od wspólnego przodka. W biologii ewolucyjnej homologia jest kwestią fundamentalną, ponieważ są jedynymi cechami, które pozwalają nam zrekonstruować relacje przodek-potomek między grupami.

Homologie morfologiczne

Bardzo znanym przykładem homologii są kości kończyn czworonogów. Przyjrzyjmy się trzem zwierzętom, które różnią się sposobem poruszania się, aby zrozumieć, dlaczego homologia jest solidnym dowodem procesu ewolucji: ludzie, wieloryby i nietoperze.

Te trzy grupy mają wspólny plan budowy kończyn przednich, ponieważ odziedziczyły go po wspólnym przodku. Oznacza to, że czworonóg przodków miał kość ramienną, po której następował promień i łokieć, a na końcu serię falang.

Nie ma funkcjonalnego powodu, dla którego trzy zwierzęta o tak odmiennym trybie życia miałyby mieć ten sam układ kości kończyn.

Gdyby życie zostało zaprojektowane, nie ma powodu, aby budować organizm wodny, latający i lądowy według tego samego planu. Żaden inżynier - nieważne jak niedoświadczony - nie stworzyłby w ten sam sposób latającego i pływającego organizmu.

Najbardziej logicznym sposobem wyjaśnienia tego jest wspólne pochodzenie. Wszyscy trzej odziedziczyli ten plan konstrukcyjny od przodka i przeszli adaptacyjne modyfikacje, które widzimy dzisiaj: skrzydła, płetwy i ramiona.

Homologie molekularne

Homologie nie ograniczają się do cech anatomicznych żywej istoty. Można je również wykazać na poziomie molekularnym. Informacja genetyczna istot żywych jest przechowywana w DNA i jest tłumaczona w postaci trojaczków: trzy nukleotydy odpowiadają jednemu aminokwasowi.

Uniwersalną homologią molekularną jest odczytywanie tego kodu genetycznego, ponieważ praktycznie wszystkie istoty organiczne mają ten język - chociaż są bardzo specyficzne wyjątki.

Zapis kopalny

Kiedy Darwin proponuje swoją teorię doboru naturalnego, argumentuje, że w zapisie kopalnym nie ma wszystkich stopniowych form przejściowych, ponieważ jest on niekompletny. Przeciwnie, przeciwnicy idei darwinowskich postrzegają nieciągłość zapisu jako dowód przeciwko teorii.

Musimy pamiętać, że proces fosylizacji istoty organicznej jest zdarzeniem mało prawdopodobnym, w połączeniu z prawdopodobieństwem znalezienia okazu w dobrym stanie. Z tych powodów mniej niż 1% wszystkich form, które kiedykolwiek żyły, jest reprezentowanych w zapisie kopalnym.

Mimo to znaleziono bardzo dobrze zachowane skamieniałości, które służą jako „okno do przeszłości”. Jednym z najbardziej znanych jest Archeopteryx. W tej skamielinie wyróżniają się cechy pośrednie między gadem a ptakiem. Podobnie mamy kilka skamieniałości hominidów, które pozwoliły nam zrekonstruować ewolucję człowieka.

Zaproponowano kilka alternatywnych teorii wyjaśniających nieciągłość rejestru, na przykład teorię równowagi przerywanej.

Biogeografia

Chociaż ewolucja jest poparta dowodami z wielu dziedzin wiedzy, to biogeografia przekonała Darwina o prawdziwości procesu ewolucyjnego.

Rozmieszczenie organizmów żywych na planecie Ziemia nie jest jednorodne, a wiele aspektów tego wzorca można wyjaśnić teorią ewolucji, a nie specjalną hipotezą stworzenia.

Kiedy badamy faunę wysp oceanicznych (izolowane elementy, które nigdy nie miały kontaktu z lądem), stwierdzamy, że skład gatunkowy jest bardzo osobliwy. Na przykład można to zobaczyć na wyspach położonych na północnym Atlantyku, zwanych Wyspami Bermudów.

Kręgowce (niemorskie) występujące na tym obszarze są bardzo nieliczne, głównie ptaki, wędrowne nietoperze i jaszczurki. Niektóre z tych gatunków wykazują znaczący związek z fauną Ameryki Północnej. Inne z kolei są endemiczne dla wyspy i nie występują w żadnym innym regionie.

Ten wzorzec rozmieszczenia jest zgodny z procesami ewolucyjnymi, ponieważ obszar ten jest szczególnie skolonizowany przez zwierzęta zdolne do lotu i rozprzestrzeniające się na duże odległości.

Ewolucja w działaniu: przykład ewolucji

Innym nieporozumieniem w biologii ewolucyjnej jest to, że jest ona związana z niezwykle powolnym procesem.

Chociaż prawdą jest, że aby uzyskać złożone adaptacje, takie jak potężne szczęki lub oczy z doskonałym wzrokiem, musielibyśmy poczekać kilka milionów lat, istnieją pewne procesy ewolucyjne, które możemy obserwować na własne oczy w stosunkowo krótkim czasie.

Następnie przeanalizujemy przypadek ćmy Biston betularia jako przykład ewolucji w akcji. Później porozmawiamy o odporności na antybiotyki i pestycydy, kolejnym przykładzie ewolucji, którą możemy zaobserwować w krótkim czasie.

Melanizm przemysłowy i

Jednym z najwybitniejszych przykładów biologii ewolucyjnej jest melanizm przemysłowy. Zjawisko to zostało udokumentowane podczas rewolucji przemysłowej i udało się ustalić związek między zmiennością ubarwienia ćmy Biston betularia a skażeniem jej siedliska.

Ćma ma dwie morfologie: jedną jasną i jedną ciemną. Przed zakażeniem dominującym wariantem była ćma lekka, prawdopodobnie dlatego, że przysiadła na jasnej korze brzozy i mogła pozostać niezauważona przez potencjalnych drapieżników - ptaków.

Wraz z nadejściem rewolucji przemysłowej zanieczyszczenie wzrosło do znacznego poziomu. Kora drzew zaczęła nabierać coraz ciemniejszego koloru, co spowodowało zmianę częstotliwości jasnych i ciemnych odmian ćmy.

Przez pewien czas dominowała ciemna ćma, która lepiej ukrywała się w poczerniałej korze.

Następnie wdrożono programy oczyszczania środowiska, które pomogły zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska. Dzięki skuteczności tych programów drzewa zaczęły odzyskiwać swój pierwotny, charakterystyczny kolor.

Jak można się domyślić, częstotliwość występowania motyli ponownie się zmieniła, przy czym dominujący był wariant wyraźny. W ten sposób proces ewolucyjny został udokumentowany w okresie 50 lat.

Mechanizmy ewolucji

Ewolucja biologiczna to proces składający się z dwóch etapów: generowania zmienności, a następnie zróżnicowanej reprodukcji zmian, poprzez dobór naturalny lub dryf genetyczny. Z tego powodu terminów dobór naturalny i ewolucja nie należy używać zamiennie - ponieważ tak nie jest.

Z punktu widzenia genetyki populacji ewolucja to zmiana częstotliwości alleli w czasie w populacji. Zatem siłami, które zmieniają częstości alleli, są selekcja, dryf, mutacja i migracja.

Naturalna selekcja

Jak wspomnieliśmy wcześniej, największym wkładem Darwina w biologię było zaproponowanie teorii doboru naturalnego. Zostało to mocno błędnie zinterpretowane i przeinaczone przez media, kojarząc to z niewłaściwymi sformułowaniami, takimi jak: „przetrwanie najsilniejszych”.

Warunki doboru naturalnego

Dobór naturalny to prosty pomysł, który daje wspaniałe rezultaty. Jeśli system spełnia następujące cechy, będzie ewoluował - nieuchronnie - poprzez dobór naturalny:

Zastosowania biologii ewolucyjnej

Biologia ewolucyjna ma wiele zastosowań, zarówno w medycynie, rolnictwie, biologii konserwatorskiej, jak i w innych dyscyplinach.

Medycyna

Teoria ewolucji jest podstawową nauką w dziedzinie medycyny. Na przykład pozwala nam przewidywać skutki masowego stosowania antybiotyków w leczeniu chorób zakaźnych.

Kiedy niepotrzebnie zaaplikujemy antybiotyk lub nie zakończymy leczenia, wyeliminujemy warianty nieoporne, ale osoby oporne zwiększą częstość występowania w populacji bakterii.

Obecnie kwestia oporności bakterii na większość antybiotyków jest przedmiotem globalnego zainteresowania i niepokoju. Podnoszenie świadomości na temat stosowania antybiotyków jest jednym ze sposobów zmniejszenia tej komplikacji.

Na przykład bakteria Staphylococcus aureus jest powszechna na salach operacyjnych i powoduje infekcje u pacjentów podczas operacji.

Obecnie bakterie są w pełni odporne na wiele antybiotyków, takich jak penicylina, ampicylina i leki pokrewne. Chociaż stworzono nowe antybiotyki, aby temu przeciwdziałać, są one coraz mniej skuteczne.

Kryzys oporu jest jednym z najbardziej dramatycznych przykładów ewolucji, które możemy obserwować na własne oczy, a więc służy również jako dowód procesu ewolucyjnego.

Rolnictwo i hodowla

Tę samą zasadę ewolucji można ekstrapolować na stosowanie pestycydów do eliminacji szkodników w uprawach o dużym znaczeniu gospodarczym. Jeśli ten sam rodzaj pestycydu będzie stosowany przez długi czas, będziemy sprzyjać zwiększeniu odporności na odmiany.

Podobnie rolnicy dążą do uzyskania „najlepszych” zwierząt, które maksymalizują produkcję (mleka, mięsa itp.). Ci farmerzy wybierają osoby, które uznają za najbardziej przydatne w praktyce. W miarę upływu pokoleń jednostki coraz bardziej przypominają to, czego pragną ludzie.

Ten proces sztucznego doboru ludzkiego przypomina dobór naturalny pod względem zróżnicowanego sukcesu reprodukcyjnego. Z zauważalną różnicą, że w naturze nie ma podmiotu selekcyjnego.

Biologia konserwatorska

Jeśli chodzi o kwestie ochrony, zrozumienie zjawisk, takich jak „wąskie gardła” i spadek sprawności spowodowany chówami wsobnymi, pozwala na ich unikanie i tworzenie planów ochrony, które zwiększają kondycję i utrzymują populację w „zdrowiu”.

Bibliografia

1. Audesirk, T., Audesirk, G. i Byers, BE (2004). Biologia: nauka i przyroda. Edukacja Pearson.
2. Darwin, C. (1859). O pochodzeniu gatunków w drodze doboru naturalnego. Murray.
3. Freeman, S. i Herron, JC (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Ewolucja. Sinauer.
5. Hall, BK (red.). (2012). Homologia: Hierarchiczne podstawy biologii porównawczej. Academic Press.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii. McGraw-Hill.
7. Kardong, KV (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
8. Kliman, RM (2016). Encyklopedia biologii ewolucyjnej. Academic Press.
9. Losos, JB (2013). Przewodnik po ewolucji Princeton. Princeton University Press.
10. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV i Jackson, RB (2014). Biologia Campbella. Osoba.
11. Rice, SA (2009). Encyklopedia ewolucji. Infobase Publishing.
12. Russell, P., Hertz, P. i McMillan, B. (2013). Biologia: dynamiczna nauka. Edukacja Nelsona.
13. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt Południowy.
14. Starr, C., Evers, C. i Starr, L. (2010). Biologia: pojęcia i zastosowania bez fizjologii. Cengage Learning.
15. Wake, DB, Wake, MH i Specht, CD (2011). Homoplaza: od wykrycia wzorca do określenia procesu i mechanizmu ewolucji. Science, 331 (6020), 1032-1035.