Jonatan Audycki

Koło Naukowe Biologii Molekularnej UW

Ewolucja biologiczna to, najprościej mówiąc, dziedziczenie ze zmianą. Ewolucja jest procesem, któremu podlegają całe grupy organizmów na przestrzeni kolejnych pokoleń; ewolucja nigdy nie zachodzi na pojedynczym osobniku (wspomnijcie Pokemony jeszcze jeden raz, I dare you, I double dare you). Teoria ewolucji opiera się na kilku głównych (całkiem oczywistych) założeniach: występowania zmienności w populacjach organizmów, dziedziczności tej zmienności, występowania ograniczonej puli zasobów i konkurencji osobników populacji o te zasoby.

Niektórzy uważają teorię ewolucji za najwspanialszą i najpiękniejszą teorię naukową jaka kiedykolwiek powstała, a sam proces za najbardziej fascynujące zagadnienie w biologii.

Krótka historia myśli ewolucyjnej

Za początek ewolucjonizmu uznaje się opublikowanie „O powstawaniu gatunków…” Darwina w 1859 r. Wcześniej uznawano, że gatunki są stałe w czasie, choć oczywiście to nieprawda i wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. Wspomnieć można chociażby o lamarkizmie zakładającym, że zmiany zachodzą na poziomie osobnika – regularnie używane narządy rozwijają się, natomiast te nieużywane miałyby się uwsteczniać (w ciągu życia osobnika! To wszystko jest bardziej skomplikowane. Najprościej mówiąc, Lamarckowi chodziło o to, że jak np. przodek węży nie używał swoich kończyn zbytnio, to jego potomstwo miało je trochę mniejsze, kolejne jeszcze mniejsze itd.) Z kolei katastrofizm Cuviera zakładał, że żadne zmiany w gatunkach nie zachodzą, natomiast akceptował, iż kiedyś żyło znacznie więcej gatunków, które wyginęły w serii regularnych, naturalnych katastrof. Oczywiście hipotez było znacznie więcej, ale generalnie przed Darwinem nikt nie zakładał ciągłości życia na naszej planecie od wspólnego przodka.

Pod koniec lat 50. XIX wieku Darwin i Wallace niezależnie od siebie doszli do wniosku, że gatunki są w stanie ulegać zmianom w kolejnych pokoleniach w celu dostosowania się do panujących w danym miejscu warunków i że zachodzi to w wyniku działania doboru naturalnego. Darwin i Wallace nie byli jednak w stanie wyjaśnić mechanizmu, który odpowiadał za dziedziczenie (i pojawianie się nowych) cech w populacjach; eksperymenty Mendla były mało znane aż do początku wieku XX. Ich ponowne odkrycie i dalsze badania genetyczne doprowadziły do powstania tzw. współczesnej syntezy (czyli połączenia teorii Darwina z genetyką Mendlowską). Obecnie do rozwoju naszej wiedzy o ewolucji bardzo przyczynia się biologia rozwoju, dając początek Evo-Devo (Evolutionary Development Biology),

 

Dowody Ewolucji

Ewolucja biologiczna jest teorią w sensie naukowym, a więc obecnie najlepszym wytłumaczeniem różnorodności życia na Ziemi. Dowody na nią są dosłownie w każdej cząstce biologicznej. Tutaj wymienię kilka najbardziej oczywistych:

  • Bezpośrednie obserwacje. Jako że ewolucja działa na skali pokoleń, w większości przypadków jest trudna do obserwacji, ale możliwa, zwłaszcza u organizmów jednokomórkowych. Bardzo ważnym z naszej perspektywy przykładem ewolucji jest wytwarzanie przez bakterie oporności na antybiotyki, co jest powodem śmierci tysięcy ludzi każdego roku.
  • Dane paleontologiczne. Zapis kopalny pokazuje występujące w kolejnych okresach geologicznych zespoły organizmów i pozwala w sposób bezpośredni zaobserwować występujące pomiędzy nimi podobieństwa i różnice, a więc zmiany w czasie będące skutkiem przemian ewolucyjnych.
  • Narządy szczątkowe. Wieloryby mają szczątkowe kości miednicy i kończyn tylnych. Po co im to? A po nic, jest to skutek zachodzących zmian ewolucyjnych i świadectwo ich pochodzenia od czworinożnych zwierząt lądowych.
  • Podobieństwo biochemiczne. Wszystkie współcześnie żyjące organizmy działają w oparciu o te same lub bardzo podobne mechanizmy biochemiczne, co mocno wskazuje na ich wspólne pochodzenie.
  • Dowody biogeograficzne. Występowanie różnych gatunków na świecie zaczyna mieć sens dopiero wtedy, gdy znamy przeszłość geologiczną (a więc wędrówki kontynentów) naszej planety i powiążemy je ze sobą ewolucyjnie.

Nic w biologii nie ma sensu, jeśli nie popatrzymy na to w kontekście ewolucyjnym.

 

Kluczowe pojęcia:

  • Homologia – podobieństwo budowy danej struktury wynikające ze wspólnego pochodzenia, np. kończyny przednie człowieka i foki.
  • Dywergencja – powstawanie różnic między (blisko) spokrewnionymi ze sobą organizmami wskutek przystosowania się przez nie do różnych środowisk.
  • Analogia – podobieństwo budowy danej struktury u niespokrewnionych gatunków wynikające z przystosowania do pełnienia podobnej funkcji, np. kończyny przednie kreta i odnóża owada o wdzięcznej nazwie turkuć podjadek.
  • Konwergencja – upodobnianie się organizmów niespokrewnionych ze sobą blisko w celu przystosowania się do podobnego środowiska.

 

Mechanizmy ewolucji

Podstawowym mechanizmem ewolucji jest dobór naturalny. Działa to tak: w danej populacji występuje zróżnicowanie pod kątem danej cechy. Zróżnicowanie to wynika z przypadkowych mutacji podczas kopiowania materiału genetycznego w komórkach rozrodczych, co prowadzi do powstawania nowych wariantów genu (alleli), oraz rekombinacji genetycznej, co prowadzi do powstawania nowych kombinacji tych cech. Dana cecha może być dla organizmu korzystna, zwiększając jego szansę na przeżycie i wydanie potomstwa, które przez to też będzie zawierało tę cechę; w tym wypadku (mocno uproszczając cały proces) cecha ta będzie się utrwalać w populacji. Cecha może być też niekorzystna, zwiększając prawdopodobieństwo śmierci danego organizmu przed posiadaniem potomstwa, co uniemożliwi przekazanie tej cechy dalej. I właściwie tyle, wszystko inne można wytłumaczyć, rozszerzając to wyjaśnienie. Altruizm? Jeśli dany organizm ma cechę powodującą pomaganie osobnikom ze sobą spokrewnionym (które też zawierają tę cechę), to nawet jeśli zginie, pomagając im, ta cecha nadal zostanie przekazana kolejnym pokoleniom; jest to tzw. dobór krewniaczy. Jeśli dana cecha zwiększa szansę na uzyskanie potomstwa przez np. przyciągnięcie samicy, również zostanie przekazana następnemu pokoleniu – to jest tzw. dobór płciowy.

Klasyczne rodzaje doboru naturalnego:

  • stabilizujący – warunki środowiska są stałe, przeważający w populacji fenotyp sprawdza się dobrze, a jego skrajne warianty gorzej, więc przegrywają walkę o zasoby i są eliminowane.
  • kierunkowy – warunki środowiska ulegają stopniowym zmianom i któryś ze skrajnych fenotypów ma przewagę, więc utrwala się w populacji.
  • rozrywający – populacja zajmuje obszar o różnych warunkach, do których lepiej przystosowane są osobniki o skrajnych fenotypach, co powoduje eliminację fenotypów pośrednich.

 

Jeszcze kilka ważnych pojęć:

  • Dryf genetyczny – przypadkowe zmiany częstości występowania alleli w puli genowej danej populacji
  • Efekt założyciela występuje, kiedy odizolowana populacja została założona przez niewielką, niezbyt różnorodną grupę osobników. Skutkuje niewielką różnorodnością tej populacji.
  • Efekt wąskiego gardła – gwałtowny spadek zmienności wewnątrz populacji po wystąpieniu jakiejś katastrofy. Przeżywa niewielka liczba osobników, w której przypadkowo znajdzie się  więcej osobników posiadających określoną cechę niż w wyjściowej populacji, a więc ich potomkowie też będą pod tym względem bardziej jednolici.
  • Specjacja – proces powstawania nowych gatunków. Zgodnie z przestarzałą (ale nadal najwygodniejszą) definicją gatunek w biologii opisuje przede wszystkim jego izolacja rozrodcza od innych gatunków – gatunek to zbiór populacji, których członkowie mogą krzyżować się ze sobą, ale już dwa gatunki raczej krzyżować się nie powinny (jest mnóstwo wyjątków, żadna niespodzianka). Specjacja to proces narastania różnic między populacjami tego samego gatunku, co w końcu doprowadza do braku możliwości krzyżowania się między nimi.
  • Specjacja allopatryczna – zachodzi w wyniku istnienia barier geograficznych. Dwie populacje są rozdzielone np. pasmem górskim, przez co krzyżowanie między nimi zachodzi rzadko. Z biegiem czasu różnice się akumulują i powstają dwa gatunki.
  • Specjacja sympatryczna – zachodzi na tym samym obszarze, w wyniku izolacji rozrodczej. Częsta u roślin – pewien osobnik randomowo poliploidyzuje, czyli zwielokrotnia liczbę chromosomów stanu haploidowego n (rośliny tak już mają) i nie może się rozmnażać z innymi, ale się klonuje albo hybrydyzuje – tadam! – mamy nowy gatunek (wspominałem już, że rośliny są dziwne?).

 

Polecam fajne filmiki w temacie:

https://www.youtube.com/watch?v=dyiZaHIRM6w&t=474s

https://www.youtube.com/watch?v=RDQa0okkpf0

 

 

Źródła:

  • Dubert F, Jurgowiak M, Marko-Worłowska M, Zamachowski W. Biologia na Czasie 3. Str. 246-300. Nowa Era. Warszawa, 2014. ISBN: 978-83-267-1709-3.
  • https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/evo_02
  • https://biologydictionary.net/natural-selection/
  • https://www.britannica.com/science/evolution-scientific-theory/Modern-conceptions
Dodaj komentarz


Kod antyspamowy
Odśwież