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.
że na Ziemi żyje wiele milionów gatunków;
że 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;
że gatunki różnią się od siebie, ale mają również cechy wspólne.
Wyjaśnisz istotę procesu ewolucji.
Wymienisz i opiszesz 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. Szacuje się, że współcześnie naszą planetę zamieszkuje 3–30 mln gatunków. 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 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, istniejącym np. 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 wymarłych organizmów 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, dlatego znajduje się niewiele ich skamieniałości. 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 skamieniałości, np. kompletne szkielety.
Etapy powstawania skamieniałości (galeria)
3. Dowody ewolucji
Ewolucję potwierdzają bezpośrednie i pośrednie dowody dostarczane przez różne dziedziny nauki, takie jak paleontologia, anatomia czy genetyka
Bezpośrednie dowody ewolucji
Bezpośrednie dowody ewolucji świadczą o jej przebiegu i dostarczają obserwacji zmian zachodzących u współcześnie żyjących organizmów. Na ich podstawie można analizować mechanizmy ewolucji.
Skamieniałe szczątki organizmów – w skałach osadowych kuli ziemskiej znajdują się skamieniałe szczątki organizmów, fragmenty roślin, kości i zęby. Dzięki nim można odtworzyć przypuszczalny wygląd wymarłych już dawno organizmów.
Zmumifikowane ciała organizmów – ciała organizmów zachowane w całości znajdowane są rzadko. Przykładem takiego znaleziska jest ciało nosorożca włochatego, odnalezione we wsi Starunia na Ukrainie. Ten jedyny znany „kompletny” (szkielet wraz z wnętrznościami, mięśniami i skórą; nie zachowała się okrywa włosowa) okaz wymarłego 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.
Ślady działalności organizmów – inną formą skamieniałości są odciskiodciski liści, kory, piór i 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 pod adresem /preview/resource/R1KWAT2z28xXu
Animacja ukazująca Tiktaalik – skamieniałość ryby o cechach upodabniających ją do współczesnych czworonożnych płazów.
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 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.
Formy przejściowe to szczególny typ skamieniałości, zwany też formami pośrednimi. Są dowodem na to, że jedne grupy systematyczne wyewoluowały z innych organizmów i dzięki temu można zauważyć, że 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 Archeopteryks zwany inaczej praptakiem. Było to zwierzę wielkości gołębia mające cechy gadów i ptaków. Pierwszy dowód jego istnienia został odnaleziony w 1861 r. w kamieniołomach w pobliżu miejscowości Solnhofen w Niemczech. Do cech gadzich należą m.in. długi ogon, wydłużone szczęki zaopatrzone w stożkowate zęby, palce kończyn przednich zakończone pazurami, niewielki mostek. Do cech ptasich należą obojczyki tworzące widełki, długa kość skokowa i pióra (lotki) pokrywające całe ciało. Praptak nie miał grzebienia na mostku, więc nie mógł latać jak współczesne ptaki. Przez wiele lat środowisko naukowe uważało, że przemieszczał się z drzewa na drzewo jedynie lotem ślizgowym, Badania naukowców z Europejskiego Ośrodka Promieniowania Synchrotronowego w Grenoble we Francji opublikowane w 2018 roku sugerują jednak, że archeopteryks był zdolny do krótkodystansowego aktywnego lotu, przypominającego charakterystyczny lot przepiórki.
Żywe skamieniałości, zwane inaczej reliktamireliktami, to gatunki, które przetrwały wiele milionów lat do czasów współczesnych w niezmienionej formie. Przykładami współcześnie żyjących reliktów są dziobak, latimeria i łodziki. Ewolucja żywych skamieniałości przebiegała bardzo powoli i dzięki temu przetrwały one do dziś w prawie niezmienionej postaci. Ich wygląd i sposób życia mogą wiele powiedzieć o podobnych organizmach żyjących w przeszłości. Do żywych skamieniałości zalicza się także m.in. skrzypy, skorpiony i skrzypłocze.
Dziobak, zamieszkujący Australię i Tasmanię, jest zwierzęciem lądowo‑wodnym. Ma zarówno cechy gadzie, jak i ssacze. Do gadzich cech można zaliczyć składanie jaj w skórzastych osłonkach, które przez około cztery tygodnie rozwijają się wewnątrz ciała samicy. Po złożeniu jaj samica ogrzewa je własnym ciałem (wysiaduje) przez zaledwie 10 dni. 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.
Latimeria to jedyny żyjący gatunek ryb trzonopłetwych, których przedstawiciele występowali w okresie kredy. Cechą, która odróżnia latimerię od współcześnie żyjących ryb, są płetwy osadzone na umięśnionych trzonach.
Łodziki to jedyne współcześnie żyjące głowonogi z muszlą. Istnieje kilka żyjących gatunków łodzików.
Pośrednie dowody ewolucji
Pośrednie dowody ewolucji – najbardziej przekonującymi dowodami na pokrewieństwo organizmów oraz ich pochodzenie od wspólnego przodka są budowa komórkowa, podobny skład chemiczny komórek i podobny przebieg podstawowych procesów zachodzących w obrębie komórki. Ponadto wszystkie organizmy wykazują takie same podstawowe czynności życiowe (oddychanie, odżywianie, wydalanie, poruszanie się, rozmnażanie i reagowanie na bodźce).
Do innych przykładów pośrednich dowodów ewolucji zaliczamy narządy homologiczne i analogiczne. Aby określić, czy dwa gatunki są blisko czy daleko spokrewnione, naukowcy porównują budowę ich narządów.
U organizmów blisko spokrewnionych narządy mają wspólne pochodzenie i podobną budowę wewnętrzną. Takie narządy określane są jako struktury homologiczne. Często jednak różnią się wyglądem, ponieważ podczas rozwoju ewolucyjnego zostały przystosowane do pełnienia innych funkcji. Takie różnice są przykładem ewolucji rozbieżnej, zwanej inaczej dywergencjądywergencją. Przykładem struktur homologicznych są 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 odmiennych środowisk i pełnienia różnych funkcji.
RicCi77NUN5qV 
Narządy homologiczne kręgowcówŹródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY-SA 3.0.Struktury analogiczne mają podobny do siebie wygląd, ponieważ wykształciły się pod wpływem zbliżonych warunków środowiska. Jednak ich budowa wewnętrzna oraz pochodzenie są różne, co świadczy o braku bliskiego pokrewieństwa gatunków. Upodabnianie się organizmów niespokrewnionych pod wpływem tych samych lub zbliżonych warunków środowiska jest przykładem ewolucji zbieżnej określanej mianem konwergencjikonwergencji. Na przykład w wyniku konwergencji rekiny i delfiny upodobniły się do siebie kształtem ciała. Innym przykładem są kończyny kreta i odnóża turkucia podjadka. Wyglądają one podobnie, ponieważ pełną tę samą funkcję kopania korytarzy w ziemi, różnią się jednak budową anatomiczną.
Narządy szczątkoweNarządy szczątkowe – to narządy, które u współcześnie żyjących organizmów uległy silnemu uwstecznieniu i nie odgrywają żadnej istotnej roli, natomiast u przodków były dobrze wykształcone i spełniały ważne funkcje. Narządami szczątkowymi są m.in. szczątkowe kości miednicy i kończyn tylnych wieloryba, u człowieka wyrostek robaczkowy, mięśnie poruszające małżowiną uszną, kość ogonowa i zęby mądrości.
Atawizmy – u współcześnie żyjących osobników czasem pojawiają się cechy występujące wyłącznie u ich odległych przodków. Do atawizmówatawizmów należą m.in. dodatkowe palce u ssaków o zredukowanej ich liczbie (np. u koni) oraz silne owłosienie ciała i kły wystające poza linię zgryzu u człowieka.
Rozmieszczenie organizmów na Ziemi – o wspólnym pochodzeniu organizmów decyduje fakt, że blisko spokrewnione gatunki zazwyczaj zamieszkują sąsiednie rejony, a daleko spokrewnione żyją najczęściej na różnych kontynentach. Przykładem są endemityendemity – liczne gatunki torbaczy żyjące tylko w Australii lub fauna i flora wysp Galapagos.
O wspólnym pochodzeniu organizmów świadczy również podobieństwo ich rozwoju embrionalnego. Badania z zakresu embriologii wskazują, że na 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.
4. 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 w. 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.
Innym przykładem współczesnej ewolucji są liczne szczepy wirusa SARS‑CoV-2 (z ang. severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) wywołującego u człowieka chorobę COVID-19COVID-19, powstałe w wyniku mutacji jego genomugenomu. Wyróżniono szczepy:
alfa (zidentyfikowany w Wielkiej Brytanii w grudniu 2020 r.);
beta (zidentyfikowany w RPA w grudniu 2020 r.);
gamma (zidentyfikowany w Brazylii w styczniu 2021 r.);
delta (zidentyfikowany w Indiach w maju 2021 r.), cechujący się wyższą zdolnością transmisjitransmisji niż starsze szczepy;
omicron (zidentyfikowany w Botswanie w listopadzie 2021 r.), cechujący się najwyższą zdolnością transmisji spośród wymienionych szczepów.
Zachorowania na COVID-19 rozpoczęły się w grudniu 2019 roku w Chinach i w szybkim tempie rozprzestrzeniły na cały świat, wywołując pandemię.
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, formy przejściowe i żywe skamieniałości, tzw. relikty.
Pośrednimi dowodami ewolucji są: narządy szczątkowe, atawizmy, narządy homologiczne i analogiczne, rozmieszczenie organizmów na Ziemi.
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.
Praca domowa
Słownik
występowanie u osobnika cechy jego odległych przodków, od dawna już niedziedziczonej
zapalenie płuc wywoływane przez koronawirusa SARS‑CoV‑2, przebiega początkowo z objawami grypopodobnymi, wysoką gorączką i kaszlem; śmiertelność ok. 1–10 %
tak zwana ewolucja rozbieżna, czyli ewolucyjne różnicowanie się pod względem budowy, morfologii, funkcjonowania gatunków blisko spokrewnionych; towarzyszą jej homologie
takson (podgatunek, gatunek, rodzaj, rodzina, a nawet rząd roślin lub zwierząt) występujący na ograniczonym obszarze, zwykle nieobejmującym całego kontynentu lub krainy zoogeograficznej
proces stopniowych i powolnych zmian świata żywego, w wyniku których jedne formy organizmów przekształcają się w inne
kompletny zestaw informacji genetycznej organizmu
tak zwana ewolucja zbieżna, czyli ewolucyjne wykształcanie się podobnych cech będących przystosowaniami niezależnie u daleko spokrewnionych gatunków; towarzyszą jej analogie
narządy o niewielkim znaczeniu dla organizmów; są ewolucyjnymi pozostałościami struktur, które były wykorzystywane przez przodków
odciśnięte fragmenty ciała roślin lub zwierząt zachowane między dwiema warstwami skały osadowej; odciskami mogą być zarówno twarde, jak i miękkie tkanki; najczęściej są to części organów roślin (np. liście paproci, skrzypów i widłaków), muszle mięczaków i pancerze skorupiaków; zaliczamy tutaj także tropy, czyli odciski stóp zwierząt, np. dinozaurów
dziedzina biologii badająca organizmy na podstawie skamieniałości
współczesne gatunki lub wyższe jednostki taksonomiczne roślin i zwierząt mających w przeszłości szerszy zasięg geograficzny, a obecnie występujące na niewielkim, ograniczonym obszarze bądź stanowiące pozostałości po wymarłych grupach systematycznych
rośliny, których większość przedstawicieli wymarła, a żyjące obecnie zalicza się 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
zdolność do przenoszenia się patogenu i infekowania kolejnych organizmów, np. drogą kropelkową
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.