Historia poglądów na rozwój życia na Ziemi

Zmiany, które zachodzą w organizmach żywych, są powolne i niemal niezauważalne w skali ludzkiego życia. Dlatego przez wieki dominował pogląd, że organizmy są w zasadzie niezmienne. Dopiero gwałtowny rozwój nauk przyrodniczych, jaki nastąpił w XVIII w., pozwolił dostrzec zmienną naturę życia na Ziemi.

Czym jest ewolucja i biologia ewolucyjna?

Ewolucja biologiczna to proces stopniowych i nieodwracalnych zmian w populacjach organizmów zachodzący od pojawienia się pierwszych form życia na Ziemi i prowadzący do powstawania nowych gatunków, lepiej przystosowanych do określonych warunków środowiska.

Na kształtowanie współczesnych poglądów dotyczących rozwoju życia miały wpływ dokonania wielu myślicieli i badaczy, m.in, Arystotelesa, Karola Linneusza, Jeana‑Baptiste'a Lamarcka, Georga Cuviera, Thomasa Malthusa i Alfreda Wallace'a. Ich rozważania i odkrycia stworzyły podstawy do sformułowania przez Karola Darwina pierwszej przekonującej teorii wyjaśniającej podstawowy mechanizm ewolucji - dobór naturalny.

Założenia tej teorii, Darwin zamieścił w monografii O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli o utrzymaniu się doskonalszych ras w walce o byt, która została wydana w 1859 roku. Teoria ta, nazywana darwinowską teorią ewolucji (darwinizmem), stała się fundamentem współczesnej biologii ewolucyjnej - nauki badającej ewolucję życia na Ziemi. 

W połowie XX wieku, dzięki połączeniu spostrzeżeń Darwina z osiągnięciami innych nauk biologicznych, sformułowano pełniejszą teorię ewolucji nazywaną syntetyczną teorią ewolucji (neodarwinizmem). Kierunek ten, dynamicznie rozwijany w ubiegłym stuleciu i obecnie, nie tylko potwierdził trafność darwinowskich założeń, ale uzupełnił je o dowody z zakresu genetyki,  biologii molekularnej i paleontologii.

Teoria ewolucji Darwina (darwinizm) 

Fundamentem pierwszej naukowej teorii ewolucji stała się pięcioletnia podróż Karola Darwina na statku HMS Beagle (1831–1836). Kluczowe znaczenie dla jego późniejszych koncepcji miały obserwacje skamieniałości w Patagonii oraz unikalnej fauny i flory archipelagu Galapagos. Darwin nie ograniczył się jednak tylko do badań terenowych – równie istotnym elementem jego pracy były wieloletnie doświadczenia w hodowli gołębi. Analiza metod stosowanych przez hodowców w celu uzyskania zwierząt o określonych cechach pozwoliła mu zrozumieć, w jaki sposób podobny mechanizm może działać w przyrodzie. 

Wnioski z podróży Darwina

W Patagonii Darwin odkrył skamieniałości gigantycznych leniwców i pancerników, które przypominały współczesne gatunki, ale znacznie przewyższały je rozmiarami. To podobieństwo między wymarłymi gigantami a ich żyjącymi mniejszymi kuzynami doprowadziło go do kluczowego wniosku: gatunki nie są stałe i zmieniają się w czasie.

Archipelag Galapagos

Na Galapagos Darwin odkrył liczne endemityendemitendemity, które wykazywały wyraźne podobieństwo do gatunków z pobliskiej Ameryki Południowej. Wyciągnął z tego wniosek, że ich przodkowie przybyli z kontynentu, a następnie przystosowali się do odmiennych warunków panujących na wyspach. Według Darwina proces ten przetrwały jedynie osobniki posiadające cechy najkorzystniejsze w danym środowisku. To właśnie to stopniowe utrwalanie się cech ułatwiających przeżycie i rozmnażanie stało się fundamentem jego teorii wyjaśniającej powstawanie nowych gatunków.

Kluczowym potwierdzeniem tych wniosków stały się tzw. zięby Darwina – grupa kilkunastu gatunków małych ptaków, różniących się głównie budową dziobów. Karol Darwin uznał, że wyewoluowały one ze wspólnego, nasionożernego przodka, a ich obecna różnorodność jest wynikiem przystosowania do różnych rodzajów pokarmu dostępnych na wyspach. To odkrycie potwierdziło przypuszczenia, że nowe gatunki powstają poprzez stopniowe różnicowanie się populacji w odpowiedzi na wymagania środowiska.

Wnioski z obserwacji hodowli zwierząt i roślin: dobór sztuczny i dobór naturalny

Analizując pochodzenie rasrasarasgołębia domowego, Darwin wykazał, że wszystkie wywodzą się od jednego dzikiego gatunku – gołębia skalnego (Columba livia). Mimo różnic w budowie ciała, masie czy ubarwieniu, rasy te mogą się ze sobą krzyżować i wydawać płodne potomstwo, co potwierdza ich wspólne pochodzenie. Zdarza się nawet, że u mieszańców pojawiają się cechy typowe dla formy dzikiej. Dodatkowo obserwując różnice między rasami gołębi domowego, ale także innych zwierząt hodowlanych oraz roślin uprawnych, Darwin zauważył, że wynikają one z działań hodowców, którzy wybierają do rozrodu jedynie osobniki o pożądanych cechach, oczekiwanych u potomstwa. Mechanizm, w którym człowiek jest selekcjonerem cech organizmu, nazywa się doborem sztucznym. 

Na tej podstawie Darwin uznał, że skoro człowiek może w stosunkowo krótkim czasie doprowadzić do powstania wyraźnie odmiennych ras, to w przyrodzie może zachodzić podobny proces, który prowadzi do powstawania nowych gatunków. 

Założenia teorii doboru naturalnego

W lipcu 1858 r. w Londynie, na posiedzeniu Towarzystwa Linneuszowskiego, Karol Darwin przedstawił pisemne streszczenie swoich poglądów. W listopadzie 1859 r. ukazała się jego monografia pt. O powstawaniu gatunków drogą naturalnego doboru, czyli o utrzymywaniu się doskonalszych ras w walce o byt, w której wskazał dobór naturalny jako główny mechanizm ewolucji. Opiera się on na czterech powiązanych ze sobą procesach:

1. Nadprodukcja – w przyrodzie dość powszechnie występuje zjawisko nadprodukcji, rozumiane jako wydawanie na świat dużej liczby potomstwa, spośród którego jedynie nieliczne osobniki osiągną dojrzałość i będą zdolne do reprodukcji.

2. Zmienność– rozumiana jako różnice morfologiczne, anatomiczne, fizjologiczne i behawioralne pomiędzy osobnikami należącymi do jednego gatunku. Część różnic jest dziedzina i przekazywana potomstwu. 

3. Walka o byt– rozumiana jako konkurencja między organizmami o ograniczone zasoby środowiska, takie jak: przestrzeń do życia, pokarm, woda, sole mineralne, światło.

4. Przetrwanie najlepiej dostosowanych – rozumiane jako przetrwanie organizmów najlepiej przystosowanych do życia w danym środowisku, które rozmnożą się i przekażą swoje cechy potomstwu.

Dobór naturalny to mechanizm ewolucji, który kumuluje cechy korzystne do życia w danym środowisku – ułatwiające przeżycie i sukces rozrodczy, przy jednoczesnym eliminowaniu cech niekorzystnych. Z czasem nagromadzenie się tych zmian w danej grupie organizmów przy jednoczesnej izolacji rozrodczej może doprowadzić do powstania nowego gatunku.

Zgodnie z założeniami Darwina dobór naturalny sprawia zatem, że spośród ogromnej liczby organizmów wydawanych na świat, do wieku rozrodczego dotrwają i skutecznie przekażą swoje cechy potomstwu te, które są najlepiej przystosowane do panujących warunków. 

Podobieństwa i różnice między doborem naturalnym a doborem sztucznym przedstawia poniższa tabela.

Syntetyczna teoria ewolucji (neodarwinizm)

Syntetyczna teoria ewolucji jest połączeniem (syntezą) teorii Darwina z informacjami o ewolucji, jakie przyniósł rozwój genetyki, ekologii i paleontologii. Neodarwinizm najmocniej bazuje na osiągnięciach genetyki, które nie były znane Darwinowi.

RUEQQYV9kgz8K

Czarno‑białe zdjęcie przedstawia mężczyznę w podeszłym wieku. Posiada on rzadkie, białe włosy, wąsy oraz brodę średniej długości. Na jego nosie spoczywają okulary w okrągłych oprawkach. Ubrany jest w płaszcz.

Główne założenia syntetycznej teorii ewolucji to:

1. Gen jest podstawową jednostką dziedziczenia - geny, a nie cechy, są przekazywane kolejnym pokoleniom. 

2. Dobór naturalny działa na fenotypy osobników -  jego skutkiem jest zmiana struktury genetycznej populacji.

3. Podstawą dla działania doboru naturalnego jest zmienność genetyczna, wynikająca z mutacji oraz rekombinacji DNA. 

Neodarwinizm uznaje, że ewolucja zachodzi dzięki losowym zmianom w materiale genetycznym oraz działaniu doboru naturalnego. MutacjemutacjeMutacje i rekombinacjerekombinacjerekombinacje DNA prowadzą do powstawania nowych cech organizmów. Jeśli cechy te zwiększają przystosowanie do środowiska, osobniki je posiadające mają większą szansę na przetrwanie i wydanie potomstwa. W rezultacie korzystne warianty genetyczne zwiększają swoją częstość w populacji. Syntetyczna teoria ewolucji podkreśla więc, że zmienność genetyczna stanowi tworzywo dla działania doboru naturalnego. 

Podsumowanie

• Ewolucja biologiczna to proces stopniowych i nieodwracalnych zmian w populacjach organizmów zachodzący od pojawienia się pierwszych form życia na Ziemi i prowadzący do powstawania nowych gatunków, lepiej przystosowanych do określonych warunków środowiska.

• Dziedziną nauki badającą procesy ewolucji świata ożywionego jest biologia ewolucyjna.

• Pierwszą przekonującą teorię wyjaśniającą podstawowy mechanizm ewolucji przedstawił w 1859 roku Karol Darwin, w dziele O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli o utrzymaniu się doskonalszych ras w walce o byt. 

• Fundamentem teorii ewolucji ogłoszonej przez Darwina były jego obserwacje biologiczne z podróży dookoła świata (zwłaszcza w Patagonii i na Galapagos) oraz analiza doboru sztucznego - selekcji stosowanej przez hodowców roślin i zwierząt w celu uzyskania osobników o pożądanych cechach. 

• Głównym mechanizmem ewolucji wg. Darwina jest dobór naturalny - naturalna selekcja osobników najlepiej przystosowanych do środowiska. Dzięki wyższej przeżywalności i sukcesowi rozrodczemu, przekazują oni swoje korzystne cechy potomstwu, co prowadzi do utrwalenia korzystnych zmian w populacji i może być przyczyną powstawania nowych gatunków.  

• Zgodnie z teorią Darwina obecnie żyjące organizmy pochodzą od jednego (lub kilku) wspólnych przodków, których potomstwo, dzięki działaniu doboru naturalnego, zróżnicowało się od obserwowanego dzisiaj bogactwa form.

• W połowie XX wieku, dzięki połączeniu teorii Darwina z osiągnięciami innych nauk biologicznych, sformułowano pełniejszą teorię ewolucji nazywaną syntetyczną teorią ewolucji (neodarwinizmem).

• Syntetyczna teoria ewolucji wskazuje, że zmienność genetyczna stanowi tworzywo dla działania doboru naturalnego. 

Ćwiczenia utrwalające