Ewolucja i jej dowody
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat odkryto ogromną liczbę skamieniałości: pojedyncze kości, całe szkielety i inne ślady dawno wymarłych organizmów. Na ich podstawie możemy sobie wyobrazić, jak kiedyś wyglądało życie na Ziemi, a nawet jakie były pierwsze organizmy.
na Ziemi żyje wiele milionów gatunków;
gatunek to grupa osobników podobnych do siebie jak dzieci do rodziców, spokrewnionych ze sobą, mających podobne wymagania w stosunku do środowiska i mogących się swobodnie krzyżować, wydając płodne potomstwo;
gatunki różnią się od siebie, ale mają również cechy wspólne.
wyjaśniać, że organizmy podlegają ewolucji;
podawać przykłady bezpośrednich i pośrednich dowodów na istnienie ewolucji.
1. Drzewo rodowe organizmów
Rozwój życia na Ziemi to skutek ewolucji biologicznejewolucji biologicznej. Doprowadziła ona do powstania ogromnej liczby gatunków, których liczba szacowana jest na 3‑30 mln (dane dotyczą gatunków współcześnie żyjących). Z tej liczby na odkrycie i oznaczenie czeka w środowiskach niedostępnych dla człowieka przeszło 80% gatunków lądowych i 90% morskich. Do tego dochodzi ogromna liczba gatunków znanych tylko ze skamieniałości. Wielu gatunków nigdy nie poznamy, gdyż istniały i wymarły przed milionami lat, nie pozostawiając po sobie śladów.
Ewolucja biologiczna to rozciągnięty w czasie proces stopniowych, nieustannie zachodzących i nieodwracalnych zmian, w wyniku których jedne gatunki wymierają bądź dają początek innym.
Przebieg ewolucji w czasie można zilustrować za pomocą drzewa rodowego organizmów, uwzględniającego wszystkie grupy i gatunki istniejące w przeszłości i obecnie. Pień takiego drzewa obrazuje wspólnego przodka, od którego wywodzą się liczne linie ewolucyjne. Każda z nich dzieli się na kolejne odgałęzienia wiodące do form wymarłych i współczesnych. Pochodzenie organizmów od jednego przodka oznacza, że wszystkie organizmy są ze sobą spokrewnione.
Grupy, które na drzewie rodowym znajdują się bliżej siebie, np. okrytonasienne i nagonasienne wielkolistnenagonasienne wielkolistne, miały wspólnego przodka stosunkowo niedawno (oczywiście w skali wieku Ziemi). Odległe miejsca na schemacie świadczą o odległych wspólnych przodkach, a więc i dalszym pokrewieństwie, jakie istnieje na przykład między zielenicami a okrytonasiennymi.
2. Skamieniałości
Dowodów na to, że jedne gatunki przekształcały się w inne dostarcza paleontologiapaleontologia. Jest to dziedzina biologii, która na podstawie szczątków zachowanych w skałach analizuje budowę organizmów wymarłych oraz pozwala określić ich naturalne środowisko oraz tryb życia. Paleontologowie potrafią ustalić na podstawie wieku skał, w których znaleziono szczątki, jak dawno temu żyły organizmy. Dzięki wnikliwym badaniom pozostałości kopalnych mogą też zrekonstruować prawdopodobny wygląd danego organizmu za jego życia. Przedmiotem badań paleontologii są m.in. skamieniałościskamieniałości.
Skamieniałości powstają wtedy, gdy martwe organizmy nie zostaną pożarte przez padlinożerców ani rozłożone przez destruentów, ale znajdą się w warunkach beztlenowych, przykryte warstwą piasku lub gliny. W takich warunkach tkanki organizmów, zarówno twarde, jak i miękkie, mogą z czasem wysycić się solami mineralnymi, np. węglanem wapnia. W ten sposób tkanka, zwykle zachowując swój kształt, kamienieje i staje się skałą. Tkanki miękkie bardzo rzadko ulegają temu procesowi i dlatego znajduje się niewiele skamieniałości takich tkanek. O wiele częściej w postaci skamielin zachowują się najtwardsze części organizmów, takie jak: kości, zęby, rogi, muszle, pancerze, skorupki jaj czy pnie drzew. Dodatkowo ruchy skał oraz wód przemieszczają i rozdzielają szczątki, tak, że tylko niekiedy można znaleźć kompletne szczątki, np. kompletne szkielety.
Ciała organizmów zachowane w całości znajdowane są rzadko. Przykładem takiego znaleziska jest ciało nosorożca włochatego. Ten jedyny znany okaz zachowanego w całości nosorożca włochatego znajduje się w Krakowie. Na Syberii, w wiecznej zmarzlinie, do dziś pozostają zamrożone mamuty. Niekiedy dochodziło do utrwalenia całego drobnego organizmu w bursztynie, czyli żywicy prehistorycznych drzew.
Inną formą skamieniałości są odciski liści, kory, piór, tropów zwierząt, które najpierw zostały odbite w miękkim podłożu, a potem wypełnione skałą, która szybko uległa zestaleniu. Odciski stóp zwierząt dostarczają informacji o rozmiarach osobników należących do różnych gatunków i sposobach ich poruszania się.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Animacja ukazująca Tiktaalik – skamieniałość ryby o cechach upodabniających ją do współczesnych czworonożnych płazów. Na brązowej podstawie skamieniały szkielet. Pysk wydłużony płaski, oczy blisko osadzone, zachowane łuki skrzelowe. Masywne żebra, przednie płetwy mocne i rozrośnięte. Na górze podziałka. Wielkość szkieletu około siedemdziesiąt centymetrów.
Na terenie Polski szczególnie dużo skamieniałości zachowało się w skałach wapiennych Wyżyny Krakowsko‑Częstochowskiej. Skały tworzące tę wyżynę przed milionami lat były dnem ciepłego morza, na które opadały szczątki organizmów, w tym liczne szkielety. Były one przykrywane były kolejnymi osadami. Osady te następnie uległy zestaleniu i przemianie w wapień, w którym zachowały się liczne pancerzyki otwornic i zewnętrzne szkielety innych bezkręgowców.
W Krasiejowie na Opolszczyźnie znajduje się cenne stanowisko paleontologiczne zawierające skamieniałości sprzed 225 mln lat. Są to głównie szkielety wymarłych płazów i gadów. Zostały one przeniesione przez dawną rzekę i złożone w jej delcie.
3. Formy przejściowe i żywe skamieniałości
Dowodem na to, że jedne grupy systematyczne wyewoluowały z innych, są skamieniałości takich gatunków, które łączą w sobie cechy starych i nowych form, tzw. formy przejściowe. Jedną z takich skamieniałości, będącą dowodem na to, że gady dały początek ptakom, jest praptak. Ma on cechy gadów i ptaków. Do cech gadzich należy m.in. długi ogon, stożkowate zęby, niewielki mostek. Do cech ptasich należą obojczyki tworzące widełki, długa kość skokowa i pióra (lotki) pokrywające całe ciało. Praptak nie posiadał grzebienia na mostku, więc nie mógł latać aktywnie, przemieszczał się z drzewa na drzewo lotem ślizgowym.
Żyjący obecnie dziobak zaliczany jest do tzw. żywych skamieniałości, organizmów, które żyją współcześnie, ale budową bardzo przypominają swoich dawno wymarłych przodków. Dziobak zamieszkuje Australię i Tasmanię, jest zwierzęciem ziemno‑wodnym. Posiada zarówno cechy gadzie, jak i ssacze. Do gadzich cech można zaliczyć składanie jaj w skórzastych osłonkach, które samica ogrzewa własnym ciałem (wysiaduje). Temperatura ciała dziobaków jest stała, jednak o ok. 5‑6 °C niższa niż u pozostałych ssaków. Do cech ssaków należą m.in. pokrycie ciała włosami i wydzielanie mleka. Gruczoły mlekowe samicy nie mają sutków, dlatego mleko sączy się po skórze brzucha i zbiera w zagłębieniach, skąd jest zlizywane przez młode.
Ewolucja żywych skamieniałości przebiegała bardzo powoli i dzięki temu przetrwały one do dziś w prawie niezmienionej postaci. Ich wygląd i sposób życia może wiele powiedzieć o podobnych organizmach żyjących w przeszłości. Do żywych skamieniałości zalicza się m.in. także skrzypy, skorpiony i skrzypłocze.
Korzystając z różnych źródeł informacji, wyszukaj przykłady organizmów, które są formami przejściowymi między rybami i płazami oraz między płazami i gadami. Wymień ich cechy charakterystyczne.
4. Pośrednie dowody ewolucji
Najbardziej przekonującym dowodem na pokrewieństwo organizmów oraz ich pochodzenie od wspólnego przodka jest budowa komórkowa, podobny skład chemiczny komórek i podobny przebieg podstawowych procesów zachodzących na terenie komórki.
Wszystkie organizmy składają się z białek, tłuszczów i cukrów oraz kwasów nukleinowych. U wszystkich organizmów białka zbudowane są z 20 aminokwasów, a kwasy nukleinowe z 4 rodzajów nukleotydów. Kod genetyczny ma charakter uniwersalny, a więc można przypuszczać, że wszystkie gatunki pochodzą od wspólnych przodków posługujących się tym kodem. Porównywanie sekwencji nukleotydów w DNA różnych gatunków pozwala z dużym prawdopodobieństwem ustalić ich pokrewieństwo – im mniej różnic, tym bliżej spokrewnione organizmy.
Porównywanie cech budowy współcześnie żyjących organizmów pozwala na wysnuwanie wniosków, które pośrednio potwierdzają wspólne pochodzenie analizowanych gatunków. Wyniki badań z zakresu anatomii wskazują, że plany budowy wielu organizmów są podobne. Na przykład wszystkie kręgowce mają szkielet wewnętrzny, który składa się z czaszki, kręgosłupa i szkieletu kończyn, co świadczy o tym, że miały one wspólnego przodka o podobnej budowie. Budowę szkieletu podobną do budowy współczesnych form miały także dawno wymarłe ryby, płazy i gady, ssaki i ptaki. Podobieństwo to można prześledzić zwłaszcza w budowie kończyn. Kończyny przednie kręgowców, chociaż pozornie wyglądają różnie, mają taki sam układ kości, mięśni i nerwów. W każdej występuje pojedyncza kość ramienna, za nią znajdują się dwie kości przedramienia, a następnie kości nadgarstka i kości śródręcza oraz palców. Różnice w budowie kończyn poszczególnych grup zwierząt wynikają jedynie z przystosowania do odmiennego środowiska i pełnionych funkcji.
Na przykładzie budowy komórki bakteryjnej, roślinnej i zwierzęcej wyjaśnij pojęcie wspólny plan budowy.
Innym przykładem dowodzącym pokrewieństwa są narządy szczątkowenarządy szczątkowe, czyli pozostałości organów, które pełniły ważne funkcje w organizmach przodków, a u obecnie żyjących organizmów mają niewielkie znaczenie lub nie mają go wcale. Przykładem narządu szczątkowego w przypadku waleni, ssaków, których przodkowie sprawnie poruszali się na lądzie, są drobne kości kończyn tylnych, ukryte wewnątrz ciała, które nie biorą udziału w ruchu. U człowieka narządami szczątkowymi są: wyrostek robaczkowy, kość ogonowa, mięśnie poruszające uszami.
Badania z zakresu embriologii wskazują, że w kolejnych etapach rozwoju zarodkowego i płodowego kręgowców zarodki organizmów przypominają swoich najdalszych przodków. Na przykład zarodek człowieka ma przez krótki czas szczeliny skrzelowe i zewnętrzny ogon.
5. Ewolucja zachodzi współcześnie
Ewolucja zachodzi również w naszych czasach. Zjawisko to można obserwować w populacjach organizmów o stosunkowo krótkim czasie życia, np. u bakterii. Jeszcze sto lat temu wiele chorób wywoływanych przez bakterie kończyło się śmiercią. Odkrycie i wprowadzenie do użytku w połowie XX wieku antybiotyków uratowało życie milionom ludzi. Antybiotyki to substancje, które uniemożliwiają lub hamują rozwój bakterii. Jednak obecnie wiele antybiotyków przestało działać.
Powodem tego zjawiska jest nieustająca ewolucja bakterii, dzięki której stają się one oporne na działanie leku. Cecha oporności jest wynikiem mutacji, która umożliwia bakteriom rozmnażanie się mimo obecności antybiotyku w ich środowisku. Bakterie pozbawione oporności są niszczone przez lek. Pozostają komórki niewrażliwe, które z pokolenia na pokolenie przekazują tę cechę i szybko rozprzestrzeniają się w środowisku.
Pojawianie się nowych cech, które umożliwiają przystosowanie się bakterii do zmieniającego się środowiska, świadczy o tym, że ich ewolucja stale zachodzi.
Oporność bakterii na antybiotyki powoduje, że choroby dotychczas uznawane za opanowane, np. gruźlica, ponownie zaczynają się rozprzestrzeniać. Ewolucja szczepów bakterii opornych na antybiotyki zmusza naukowców do poszukiwania nowych sposobów walki z chorobami. Aby ograniczyć ewoluowanie szczepów opornych, należy stosować antybiotyki tylko w sytuacjach bezwzględnie koniecznych.
W latach 50. ubiegłego wieku do zwalczania komarów, much stonki, pcheł i innych owadów masowo używany był środek chemiczny DDT. Jednak po kilku latach stosowania środek stawał się coraz mniej skuteczny, mimo że zwiększano jego dawki. Przedstaw hipotezę, która mogłaby wyjaśnić przyczynę tego zjawiska.
Słowniczek
proces stopniowych i powolnych zmian świata żywego, w wyniku których jedne formy organizmów przekształcają się w inne
narządy o niewielkim znaczeniu dla organizmów; są ewolucyjnymi pozostałościami struktur, które były wykorzystywane przez przodków
rośliny, których wiekszość przedstawicieli wymarła, a żyjące obecnie zalicza sie do form reliktowych; należą do nich m.in. paprocie nasienne, sagowce, welwiczia; mają duże, zwykle podzielone liście na szczycie łodygi; od nich wywodzą się rośliny okrytonasienne
zachowane fragmenty organizmów, które żyły w przeszłości
dziedzina biologii badająca organizmy na podstawie skamieniałości
ropa naftowa, która w wyniku naturalnych procesów została pozbawiona gazu ziemnego
Podsumowanie
Ewolucja to proces stopniowych zmian w budowie ciała i sposobie życia organizmów; prowadzi on do powstawania nowych gatunków.
Bezpośrednimi dowodami potwierdzającymi ewolucję są skamieniałości i formy przejściowe.
Badania porównawcze z zakresu anatomii współcześnie żyjących gatunków dostarczają dowodów pośrednich potwierdzających ewolucję.
O wspólnym pochodzeniu organizmów świadczą podobieństwa w ich budowie komórkowej i składzie chemicznym oraz w przebiegu podstawowych procesów komórkowych.
Korzystając ze słownika języka polskiego, podaj znaczenie pojęcia ewolucja, a następnie wyjaśnij, czym jest ewolucja biologiczna.
Podaj przykłady bezpośrednich dowodów ewolucji.
Wyjaśnij, dlaczego szczepionka przeciw grypie stosowana w ubiegłym roku jest nieskuteczna w roku bieżącym.
Zadania
Oceń prawdziwość zdań i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Ewolucja to proces zmian zachodzących w ciągu wielu pokoleń powodujący, że z czasem jedne formy organizmów przekształcają się w inne. | □ | □ |
| Efektem ewolucji jest olbrzymia różnorodność organizmów na Ziemi. | □ | □ |
| Wszystkie organizmy żyjące na Ziemi są ze sobą spokrewnione. | □ | □ |
| O tym, że w przeszłości organizmy wyglądały inaczej niż żyjące dzisiaj, świadczą żywe skamieniałości. | □ | □ |
Wskaż przykłady bezpośrednich dowodów ewolucji.
- skamieniałe muszle amonitów
- szczątki praptaka
- skrzydło ptaka
- kość ogonowa u człowieka
- rekonstrukcja wymarłych gadów
Wskaż przykłady pośrednich dowodów ewolucji.
- Taki sam kod genetyczny u wszystkich organizmów.
- Nadmierne owłosienie ciała człowieka.
- Rekonstrukcja praptaka.
- Dziobak – ssak, który posiada cechy gadzie.
Wskaż przykłady zmian ewolucyjnych, które można zaobserwować w niedługim czasie.
- Pojawianie się nowych szczepów bakterii gruźlicy.
- Pojawianie się nowych szczepów wirusów grypy.
- Przekształcanie się kończyny krocznej w kończynę pływną.