Biologia

Ewolucjonizm

Ewolucjonizm biologiczny to dziedzina nauki zajmująca się badaniem ewolucji biologicznej. Teorie ewolucyjne twierdzą, że życie powstało samoistnie, bez udziału sił wyższych. Potem życie powoli ewoluowało. Stopniowo z jednego wspólnego przodka powstały wszystkie zarówno wymarłe jak i znane dzisiaj gatunki. Ewolucjonizm zajmuje się udowadnianiem ewolucji oraz badaniem mechanizmów kierujących tym procesem. Jest poglądem przeciwstawnym kreacjonizmowi.

Kreacjonizm niezmiennych gatunków

Był poglądem naukowym wyznawanym w początkach XIX wieku. Nie istniała jeszcze teoria ewolucji. Uczeni twierdzili, że gatunki istniały od zawsze. Ewolucja możliwa była jedynie w obrębie gatunków.

Znaczenie terminu 'ewolucja’

Ewolucja może być rozumiana dwojako:

  • jako proces ewolucji
  • jako skrót terminu 'teoria ewolucji’

Oba znaczenia są powiązane. Teoria ewolucji opisuje przebieg procesu ewolucji. Teoria ewolucji zmieniała się wraz z upływem czasu. Tutaj za teorię ewolucji uważamy nie współczesne neodarwinistyczne poglądy będące rozwinięciem i uszczegółowieniem poglądów Karola Darwina, wyrażonych w znanej powszechnie książce 'O powstawaniu gatunków’, ale rozwiniętą tzw. syntetyczną teorię ewolucji.

Terminu ewolucja używa się często z przedrostkami 'makro-’ i 'mikro-’ Makroewolucja i mikroewolucja odnoszą się do ewolucji tyle, że wyrażonych w różnych jednostkach czasowych. W pierwszym przypadku chodzi o proces ewolucji w geologicznej skali czasu, a w drugim o współcześnie obserwowane zmiany ewolucyjne. Pierwsze zmiany będą duże, istotne, wyraźne, drugie będą niewielkie, nieznaczne i mało widoczne.

Najdziwniejsze w tym wszystkim jest to, że wszystkie teorie ewolucji łącznie ze współczesną przyjmują istnienie ewolucji jako procesu za aksjomat, czyli za rzecz oczywistą, nie podlegającą dyskusji, a więc i nie wymagającą dowodzenia.

Teoria wspólnego przodka

Ewolucjoniści uważają, że wszystkie obecnie żyjące organizmy pochodzą od wspólnego przodka. Głównymi faktami przemawiającymi na korzyść tej hipotezy są:

  • uniwersalność kodu genetycznego
  • jednolitość mechanizmów biochemicznych
  • jednolity plan budowy komórki
  • uniwersalne drzewo filogenetyczne stworzone z danych genetycznych

Zmienność

Organizmy zasiedlające ziemię od początku swego istnienia podlegają zmianom zachodzącym w środowisku nieożywionym jak i zmianom powodowanym przez nie same i inne organizmy żywe i muszą być do nich przystosowane.

Organizmy podobnie jak środowisko nieożywione ulegają zmianom. Zmiany fizyczne, które zachodzą w trakcie życia osobnika nie przenoszą się na osobniki potomne. 'Zmiany nabyte nie dziedziczą się’. Dzieci kulturysty mającego rozwinięte mięśnie nie będą miały mięśni rozwiniętych bez treningu. Niekoniecznie jest to prawdą, jeśli uwzględnimy zmiany behawioralne. Osobnik, który nauczy się jakiejś umiejętności może ją przekazać swoim dzieciom albo innym osobnikom tego samego gatunku, np. jeśli małpa nauczy się myć bataty, to zarówno jej potomstwo, jak i inne małpy mogą tę umiejętność posiąść.

Dziedziczność

Organizmy dziedziczą cechy swoich przodków.

Rekombinacja

W czasie rozmnażania osobniki potomne otrzymują od matki geny. Np. człowiek otrzymuje od matki garnitur chromosomowy pochodzący w połowie od matki, a w połowie od ojca. W trakcie mejozy zachodzi rekombinacja genów, która jest procesem losowym. Dlatego potomstwo jest genetycznie podobne do rodziców, chociaż jest mieszanką ich alleli.

Np. grupa krwi determinowana jest przez jeden gen mający w populacji trzy różne allele A, B, 0. Ponieważ gen u każdego osobnika ma tylko dwa allele (jeden od matki, jeden od ojca), mamy cztery grupy krwi:

od 1 rodzica od 2 rodzica dziecko
A B AB
B 0 B0=B
A 0 A0=A
0 0 00=0

Dlatego występują różnice między osobnikami i między populacjami. Dlatego różnimy się od innych osobników. Częstość alleli zmienia się z pokolenia na pokolenie. Zmiana częstości występowania poszczególnych alleli jest jednym z czynników ewolucji. Losami genów w populacjach zajmuje się genetyka populacyjna.

Mutacje

W trakcie życia osobnika, w jego materiale genetycznym zachodzą skokowe zmiany, tzw. mutacje.

Mutacje somatyczne

Mutacje zachodzące w komórkach ciała mają znaczenie tylko dla danego osobnika, gdyż nie dziedziczą się.

Mutacje dziedziczne

Istotne są zmiany zachodzące w trakcie powielania materiału genetycznego podczas reprodukcji. Np. u człowieka na 3 mld szczebelków DNA błędnie powielanych jest ok. 30 szczebelków, i jeśli odliczymy mutacje w tzw. śmieciowym DNA, to 6 szczebelków mamy innych niż u naszych rodziców. Dlatego różnimy się od swoich rodziców i nawet bliźnięta jednojajowe nie są całkiem identyczne.

Losowość

Zmiany mutacyjne są na ogół losowe. Sa to tzw. mutacje spontaniczne. Mogą być też powodowane przez środki mutagenne. Wtedy mówimy o mutacjach indukowanych.

W trakcie badań nad bakteriami wykryto zdolność do wykorzystywania oligomerów nylonu (nie występujących w przyrodzie) przez niektóre rodzaje bakterii. Przyczyną nowych zdolności było powstanie nowego genu, który powstał przez zmianę ramki odczytu w genie, który uprzednio kodował pewien peptyd zasadowy.

Szkodliwość mutacji

Mutacje dzielą się na:

  • niekorzystne
    • letalne (śmiertelne) – prawie 1/4 mutacji
    • subletalne (warunkowo śmiertelne) – prowadzą do upośledzenia organizmu – prawie 1/4 mutacji
  • obojętne (neutralne) – nie wywołują skutków ubocznych, nie wpływają na organizm. Jest to prawie 1/2 wszystkich mutacji
  • korzystna – ok. 0.1% mutacji

DNA posiada zdolność naprawy swojej struktury po zajściu mutacji. Zdolność ta nie jest 100%

Gdyby mutacje nie istniały, nie istniała by ewolucja.

Dryf genetyczny

Mutacje genetyczne przejawiają się fenotypowo. Mogą być korzystne (rzadko) lub szkodliwe (najczęściej). W niezmiennych warunkach środowiska będzie zachodził tzw. proces dryfu genetycznego.

Dobór naturalny

W przypadku zmiany warunków środowiska osobnik mający lepsze dopasowanie (dostosowanie) do środowiska, dzięki lepszemu genotypowi, co jest wyrażone przez lepszy fenotyp osiągnie większy sukces reprodukcyjny. Osobniki lepiej dostosowane mają zwiększoną długość życia (szansę przeżycia), zwiększoną liczbę potomków, są bardziej konkurencyjne w walce o ograniczone zasoby środowiska naturalnego. Presja selekcyjna środowiska spowoduje zmianę częstości jego korzystnych alleli w populacji.

Im większy będzie nacisk środowiska tym więcej alleli znajdzie się w populacjach. Taką ukierunkowaną zmianę częstości alleli nazywamy doborem.

Dobór grupowy

Niektórzy badacze sugerowali, że allele jeśli są korzystne dla pewnej grupy osobników (np. gatunku) będą się rozprzestrzeniały w populacji nawet jeśli są szkodliwe dla osobnika. Ten pogląd zakłada istnienie tzw. 'dobra gatunku’. Jego istnienie jest przedmiotem kontrowersji.

Mechanizmy ewolucji

Mechanizmy ewolucji to procesy prowadzące do zmiany częstości alleli. Dzieli się je na dwie grupy:

  • dobór naturalny – odpowiedzialny za kierunkową zmianę częstości alleli wynikającą z potrzeby dopasowania fenotypu do środowiska – jest przejawem ewolucji kierunkowej
  • dryf genetyczny – losowe zmiany częstości alleli – jest przejawem ewolucji neutralnej

Różnorodność i zmienność

Jak widzimy mutacje i rekombinacje stale zwiększają zmienność i różnorodność organizmów. Osobniki słabiej dostosowane, które normalnie zostaną wyeliminowane, są zabezpieczeniem populacji na wypadek zmiany warunków środowiska. Np. mucha, która pojawia się w zimie i ginie. Gdyby warunki nagle się zmieniły to właśnie ona przeżyła by i dała początek nowej generacji osobników o zmienionym zegarze biologicznym.

Dowody działania doboru

Są wyjątkowo ubogie. W literaturze wymienia się przede wszystkim badania nad rozprzestrzenianiem melanistycznych form w populacjach ćmy krępaka nabrzozaka na obszarach przemysłowych w Anglii. Obserwowano, że ze względu na zanieczyszczenia przemysłowe powstały ciemno ubarwione formy. Zmiany te były dziedziczne. Udowodniono też że zwiększają przetrwanie, gdyż ptaki znacznie rzadziej je znajdują niż osobniki jasno ubarwione.

Drugim przykładem były tzw. zięby Darwina, u których obserwowano zmiany budowy dzioba.

Ewolucja neutralna

Migracja

Migracja to przenoszenie się osobników z jednego miejsca lub populacji do drugiego miejsca lub populacji. Migracja zmienia częstość alleli.

Dryf genetyczny

Istotą dryfu genetycznego są fluktuacje (losowe zmiany) częstości allelu neutralnego. Szybkość utrwalenia udziału genu w populacji (fiksacja) lub jego eliminacji z populacji zależy od liczebności populacji. Im mniejsza populacja tym allel szybciej zdominuje populacje lub ulegnie eliminacji.

Efekt założyciela

Jest związany z migracją pojedynczego osobnika lub niewielkiej grupki osobników do środowiska odizolowanego od populacji macierzystej. Nowo powstała populacja będzie miała skrajnie zubożoną pulę genetyczna w stosunku do populacji macierzystej i będzie podlegać silnemu działaniu dryfu genetycznego.

Efekt wąskiego gardła

Jeżeli populacja lokalna zostanie niemal zniszczona w wyniku katastrofy i pozostanie jeden osobnik lub nieliczna grupka osobników zajdzie sytuacja podobna do efektu założyciela. Różnicą jest fakt, że tutaj mamy do czynienia nie z dwiema, ale z jedną populacją.

Specjacja

Specjacja to proces powstawania nowych gatunków. Jest głównym mechanizmem ewolucji organizmów prowadzącym do wzrostu zróżnicowania świata organicznego.

Aby zaistniała specjacja konieczne jest istnienie bariery reprodukcyjnej pomiędzy populacjami. Specjacja zaczyna się więc od podziału gatunku na izolowane od siebie populacje, między którymi zostaje zahamowany przepływ genów.

Ortogeneza

Jedną z ciekawostek wczesnych teorii ewolucyjnych była ortogeneza, która głosiła, że organizmy żywe mają wewnętrzny pęd ku rozwojowi i tworzeniu nowych, doskonalszych form.

Gatunek

W wyniku specjacji powstają gatunki. Gatunek definiuje się jako zbiór osobników posiadających podobne cechy, zdolnych do swobodnego krzyżowania się w warunkach naturalnych.

W znaczeniu taksonomicznym – gatunek jest najniższą jednostką organizacji świata ożywionego i najniższą jednostką taksonomiczną w systematyce organizmów.

Kontrowersje

Definicja gatunku nie jest uniwersalna. Problemem jest określenie jednoznacznych kryteriów zaliczenia danego osobnika do danego gatunku lub wykluczenia przynależności danego osobnika do tego gatunku. Biologiczna zmienność, częściowo ukryta w organizmach, powoduje mnóstwo wątpliwości i ciągle zmiany w systemach klasyfikacji. Większość biologów uważa definicję gatunku za najbardziej kontrowersyjne pojęcie biologiczne.

Mechanizmy powstawania gatunków

Mutacjonizm

Twierdzi, że mutacje są głównym, a być może nawet jedynym mechanizmem powstawania nowych cech.

Saltacjonizm

Nowe plany budowy – dzięki mutacjom – powstają nagle, skokowo, nawet z pokolenia na pokolenie. Pogląd ten został wyparty przez gradualizm i punktualizm.

Punktualizm

Gatunki lub nowe cechy powstają skokowo i nagle, a po ich pojawieniu nie ulegają już większym zmianom. Przyczyną są mutacje, a ponieważ mutacje korzystne są rzadki, nowe gatunki pojawiają się bardzo rzadko.

Gradualizm

Twierdzi, że zmiany mutacyjne zachodzą bardzo powoli z pokolenia na pokolenie. Każdy osobnik potomny należy do tego samego gatunku co jego rodzice. A zatem nie można wyznaczyć naturalnej granicy pomiędzy gatunkami w jednej linii filogenetycznej. To że odróżniamy gatunki wynika tylko z nieciągłości materiału kopalnego i ze skłonności ludzi do porządkowania i systematyzowania, a więc i odróżniania i nazywania.

Czasopismo: Blog Zielonego Smoka

Artykuł: nr 154

Autor: Jacek Piechota