Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Jeszcze na początku XIX wieku panowało powszechne przekonanie, że wszystkie występujące na Ziemi gatunki powstały jednocześnie i od tego czasu pozostają niezmienne. Nieliczne wątpliwości, związane na przykład z odkryciami szczątków prehistorycznych zwierząt, nie zapowiadały jeszcze rewolucji w myśleniu o pochodzeniu gatunków, której autorem był Karol Darwin.

R1EsZEoEwefgb
Karol Darwin
Źródło: John G. Murdoch, Wikimedia Commons, domena publiczna.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • na czym polega ewolucja organizmów;

  • czym charakteryzują się dowody bezpośrednie i pośrednie.

Twoje cele
  • Wyjaśnisz, czym są mechanizmy ewolucji.

  • Wskażesz genetyczne i ekologiczne czynniki mające wpływ na powstawanie gatunków.

  • Określisz zasady działania doboru naturalnego.

  • Podasz przykłady doboru sztucznego.

  • Porównasz dobór naturalny z doborem sztucznym.

  • Opiszesz, jak powstają gatunki.

iujqk69LEB_d5e194

1. Karol Darwin i jego badania

Jednym z pierwszych naukowców, którzy podjęli się wyjaśnienia źródła ogromnej różnorodności gatunków żyjących na Ziemi teraz i w przeszłości, był Karol Darwin. Jego badania prowadzone podczas wyprawy naukowej dookoła świata, jaką odbył na okręcie Beagle [wym. bigyl] w latach 1831‑1836, zostały zwieńczone sformułowaniem teorii ewolucji i stały się podstawą do dalszych poszukiwań. Teoria ewolucji wywarła ogromny wpływ na wszystkie dziedziny nauk przyrodniczych.

Rn2Xig7g8qnSQ
Trasa II podróży badawczej HMS Beagle
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.

W swojej podróży Darwin miał okazję m.in. do badania zwierząt, roślin, skamieniałości i układów skał. Jego obserwacje dotyczyły cech organizmów będących przystosowaniem do tak rozmaitych środowisk, jak wilgotne lasy Brazylii, trawiaste obszary Argentyny czy potężne szczyty Andów.

Najważniejsze obserwacje Darwin poczynił na Wyspach Galapagos. Zobaczył tam nieznane dotychczas legwany morskie, gigantyczne żółwie słoniowepingwiny równikowe. Zwierzęta takie nie były znane z żadnych innych miejsc na Ziemi. Gatunki takie określa się endemitamiendemitendemitami.

Podczas pobytu na Wyspach Galapagos Darwin porównywał rośliny i zwierzęta zasiedlające te tereny oraz ląd Ameryki Południowej. Zauważył, że pomimo podobieństw, gatunki zwierząt z wysp i stałego lądu wyraźnie się różnią. Dostrzegł również różnice wśród zwierząt zamieszkujących poszczególne wyspy archipelagu. Jedną z grup, które zwróciły jego uwagę były darwinki (zięby Darwina), różniące się m.in. kształtem i rozmiarem dzioba, co było wynikiem przystosowania tych ptaków do pozyskiwania różnego pokarmu. Na podstawie budowy dzioba Darwin wyróżnił wśród nich m.in. zięby owocożerne, liściożerne, owadożerne.

RdOUNHipmdjGG
Zmienność dziobów u darwinek z Galapagos
Źródło: John Gould, QWerk, edycja: Aleksandra Ryczkowska, licencja: CC BY 3.0.

Darwin, próbując znaleźć stosowne wyjaśnienie różnorodności darwinek z Wysp Galapagos, przyjął, że w dalekiej przeszłości każda z wysp została zasiedlona przez ptaki, które zdołały przedostać się ze stałego lądu Ameryki Południowej. Nieco odmienne warunki życia na wyspach spowodowały, że ptaki musiały dostosować się do dostępnego tam pokarmu i różnicować się, dając początek nowym gatunkom.

Po powrocie do Anglii przyrodnik przez wiele lat opracowywał zgromadzone podczas wyprawy okazy i analizował poczynione obserwacje. Rezultatem tych prac było sformułowanie teorii doboru naturalnegodobór naturalnyteorii doboru naturalnego wyjaśniającej przyczyny ewolucji, opublikowane w dziele „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego”, wydanym w roku 1859.

1
Ćwiczenie 1
Rr5wGHFVvGwRf
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
iujqk69LEB_d5e263

2. Jak działa dobór naturalny?

Teoria doboru naturalnego zaproponowana przez Karola Darwina, dzięki późniejszym badaniom między innymi Grzegorza Mendla oraz Francisca Cricka i Jamesa Watsona została udoskonalona i w ten sposób powstała syntetyczna teoria ewolucjisyntetyczna teoria ewolucjisyntetyczna teoria ewolucji.

  • Gatunki wydają więcej potomstwa, niż może przetrwać w środowisku i więcej niż potrzeba do zastąpienia rodziców; spośród wielu złożonych jaj, urodzonych młodych czy rozsianych nasion tylko niewielka część stanie się dojrzałymi osobnikami i wyda potomstwo;

  • osobniki jednego gatunku nie są identyczne, różnią się od siebie wieloma cechami, np. rozmiarami ciała, umaszczeniem, sprawnością, podatnością na choroby; tę właściwość nazywamy zmiennością genetyczną gatunku; powstaje ona w wyniku rekombinacji i mutacji;

  • w danym środowisku pojawiają się dziesiątki, setki a czasem tysiące organizmów potomnych, a zasoby środowiska są ograniczone, co wywołuje bardzo silną konkurencję wewnątrzgatunkową;

  • w konkurencji zwyciężają tylko te organizmy, które odznaczają się najkorzystniejszymi cechami, czyli mają korzystny w danych warunkach zestaw genów; to one pozostawiają po sobie więcej potomstwa; geny organizmów gorzej przystosowanych są eliminowane wraz ze śmiercią osobników;

  • cechy przodków są dziedziczone, co oznacza, że najlepiej przystosowane organizmy przekazują swoje geny potomstwu.

Warunki środowiska powodują więc selekcję osobników, w wyniku której w populacji pozostają geny (i przystosowania) w danych warunkach korzystne. Populacja przeżywa, choć giną lub nie przekazują potomstwu swoich genów osobniki gorzej przystosowane.

R1Nxnl7ewPedJ
Izolacja geograficzna na przykładzie zięb Darwina
Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.

Selekcjonerem organizmów jest środowisko (czynniki abiotyczneabiotyczne czynnikiczynniki abiotycznebiotycznebiotyczne czynnikibiotyczne). Dobór naturalny jest przypadkowy, jego efektem jest nasilenie konkurencji organizmów o zasoby środowiska. Zmiany w populacjach wywołane doborem powodują utrwalenie cech ułatwiających przetrwanie w środowisku. Jeśli dobór naturalny działa na populacje danego gatunku dostatecznie długo (np. sto tysięcy lat), a ich osobniki zostaną rozdzielone przez trudną do pokonania barierę (np. wody oceanu czy wysokie góry), to mogą powstać populacje o nieco odmiennych cechach. Różnice między nimi mogą się pogłębiać z pokolenia na pokolenie. Gdy rozdzielone populacje ponownie się zetkną, ich osobniki mogą różnić się tak bardzo, że nie będą mogły się krzyżować i wydawać potomstwa. Staną się więc odrębnymi gatunkami.

Ważne!

Dobór naturalny to mechanizm ewolucji biologicznej, który daje szansę na przetrwanie i pozostawienie licznego potomstwa osobnikom dobrze przystosowanym. Organizmy konkurują ze sobą o dostęp do pokarmu, wody, miejsca do życia czy partnera do rozrodu. Tę konkurencję Darwin nazwał walką o bytwalka o bytwalką o byt. Wygrywają ją osobniki najlepiej przystosowane do warunków środowiska, czyli najsilniejsze, najbardziej odporne na choroby  i najskuteczniej zdobywające pożywienie. To one mają szansę dożyć wieku rozrodczego i przekazać swoje geny następnemu pokoleniu. Dzięki doborowi naturalnemu korzystne cechy są utrwalane w populacji.

1
Ćwiczenie 2
RMWUwnJf9uk4G
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 3
RHjyvaOEddu4S
Różnorodność ubarwienia i deseni muszli ślimaka gajowego
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., Liz Lister, Kristine Paulus, Kabir Bakie, Didier Descouens, Erik Veldhuis, Rubén Díaz Caviedes, Norbert Nagel, Gary Rogers, Wikimedia Commons, Flickr, Geograph, licencja: CC BY-SA 2.0.
R1CbVwscx6sQF
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 4
R1QtADWTzdClt
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

Przez Polskę przebiegają granice zasięgu słowika rdzawegosłowika szarego. Oba gatunki powstały stosunkowo niedawno, gdy dwie populacje ich wspólnego przodka zostały rozdzielone przez ostatnie zlodowacenie Europy. Po cofnięciu się lodowca okazało się, że te dwie grupy ptaków różnią się tak znacznie wyglądem, zachowaniem i wymogami siedliskowymi, że funkcjonują już jako dwa różne gatunki.

iujqk69LEB_d5e353

3. Dobór naturalny a dobór sztuczny

Obserwacje dotyczące zróżnicowania organizmów w obrębie gatunku prowadzono na długo przed Darwinem. Już pierwsi hodowcy dostrzegli, że na przykład wśród bydła każdy osobnik nieznacznie różni się od pozostałych i do rozrodu przeznaczali te osobniki, które lepiej spełniały ich aktualne potrzeby: dawały więcej mleka lub więcej mięsa. W ciągu kolejnych lat krzyżowali ze sobą wyłącznie te osobniki, które miały pożądane cechy. Taka metoda, nazywana doborem sztucznymdobór sztucznydoborem sztucznym (lub sztuczną selekcją), prowadzi do wzmocnienia wybranej cechy w populacji, np. uzyskania większych i bardziej soczystych owoców, bogatych w cukier korzeni buraka cukrowego, nasion zbóż o większej zawartości skrobi, bardziej umięśnionych świń, szybszych koni. W wyniku doboru sztucznego uprawiane rośliny i hodowane zwierzęta zaczęły się różnić od swoich dzikich przodków.

Drogą doboru sztucznego powstały liczne odmiany zbóż, kapusty, pomidorów, drzew i krzewów owocowych, rośliny o ozdobnych kwiatach oraz rasy psów, kotów, koni, krów, owiec czy kóz.

Porównanie doboru naturalnego z doborem sztucznym

Cecha

Dobór naturalny

Dobór sztuczny

miejsce działania

środowisko naturalne

hodowla zwierząt lub uprawa roślin

działanie

przypadkowe

zamierzone przez człowieka

cechy organizmu

korzystne dla organizmu w danych warunkach

korzystne dla człowieka

przeżywalność osobników

przeżywanie osobników najlepiej dostosowanych do środowiska

przeżywanie osobników wybranych przez człowieka

czas trwania

długi, zwykle setki tysięcy lub miliony lat

krótki, kilkadziesiąt, kilkaset, kilka tysięcy lat

znaczenie

podstawowy proces ewolucyjny

podstawowy proces wykorzystywany w hodowli i uprawie

Dobór sztuczny nie jest przypadkowy, to człowiek decyduje, które organizmy będą się rozmnażać i jakimi cechami będą obdarzone. Naukowcy zbadali te cechy i spędzili dużo czasu na obliczeniach, jak mogą być dziedziczne. Im bardziej te cechy są wyrażane u potomstwa, tym bardziej są one dziedziczne. Zdolność ludzi do zrozumienia zjawisk natury pozwoliła im używać jej produktów dla własnych korzyści. Stopień inteligencji osiągnięty przez gatunek ludzki był bardzo ważny dla generowania i rozwoju strategii, które poprawiały jakość ich życia i zwiększały szanse na przeżycie.

Jednym z wielkich osiągnięć ludzkości jest selektywna hodowla zwierząt i roślin, które mają fundamentalne znaczenie dla rozwoju i ekspansji populacji ludzkiej.

  • Aktywnie wybierając najlepsze cechy zwierząt i roślin, ludzie byli w stanie lepiej się odżywiać, lepiej znosić niekorzystne warunki środowiskowe, kolonizować więcej środowisk i rozprzestrzeniać się na prawie cały świat.

  • Przykładem doboru sztucznego stosowanego u roślin jest słodka kukurydza. Współczesna kukurydza znacznie różni się od jej prawdopodobnego poprzednika, rośliny zwanej teosinte [wym. tijosinte]. Teosinte bardziej przypomina trawę niż współczesna kukurydza, która ma duże, soczyste ziarna.

  • Ponad 30 000 lat temu ludzie zaczęli oswajać wilki. Udomowienie to czynność polegająca na oddzieleniu niewielkiej grupy organizmów (w tym przypadku wilków) od głównej populacji i wybraniu przez hodowcę osobników o pożądanych cechach. Udomowienie wilków przez tysiące lat skutkowało utratą niektórych z najbardziej agresywnych cech, takich jak instynktowne i obronne zachowanie w obecności ludzi (wycie, pokazywanie zębów, atakowanie czy ucieczka), a także wielkość i kształt zębów. Z czasem, w wyniku udomowienia, powstał nowy gatunek – pies domowy. Istniejące obecnie rasy psów powstały dzięki selekcji zwierząt o różnych cechach na podstawie osobistych preferencji człowieka. Zwierzęta, które miały pożądane cechy, były rozmnażane ze sobą, a cechy te utrwalały się w kolejnych pokoleniach. W ten sposób człowiek doprowadził do istnienia wielu różnych od siebie ras psów. Zwróć uwagę, że choć dalmatyńczyk niemal w niczym nie przypomina jamnika, to obie rasy należą do tego samego gatunku, ponieważ mogą się krzyżować i wydawać na świat płodne potomstwo.

  • Dzisiejsze krowy, świnie i kury również mają cechy, które zostały sztucznie wyselekcjonowane. Najbardziej pożądane są zwierzęta duże i szybko rosnące, ponieważ te cechy są bardziej opłacalne dla producentów – umożliwiają pozyskanie większej ilości mięsa w krótszym czasie.

R1BFEimRjZVxu
Zróżnicowanie w obrębie gatunku wilk szary
Źródło: Aleksandra Ryczkowska, Derek Bakken, Amber Rosenbaugh, Mood210, Tommy Gildseth, Brian Snelson, choco@Nerima, Jakub Hałun, Wikimedia Commons, Flickr, licencja: CC BY-SA 2.0.
Ciekawostka

Zdarza się, że dobór sztuczny, oprócz cech atrakcyjnych dla hodowców, utrwala też cechy niepożądane. Na przykład hodowcy psów otrzymali rasę angielskich buldogów o płaskich, krótkich pyskach, które utrudniają psom oddychanie. Z kolei białe koty o niebieskich oczach są szczególnie narażone na wrodzoną głuchotę.

RwrTHibzbEovE
Buldog angielski, rasa psa zaliczana do grupy molosów, wyhodowana w XVIII wieku w Anglii, użytkowana jako pies do towarzystwa i odstraszający
Źródło: Pleple2000, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka

Krzyżowanie osobników należących do różnych gatunków jest najczęściej nieskuteczne, dlatego mieszańce międzygatunkowe, zwłaszcza u zwierząt, zdarzają sie rzadko. Przykładem międzygatunkowego mieszańca klaczy koniaogiera osła jest mułzazwyczaj niepłodny.

R1OoZ7GWj2zA1
Muł
Źródło: Iván Salvía, edycja: Aleksandra Ryczkowska, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
iujqk69LEB_d5e502

Podsumowanie

  • Powstawanie nowych gatunków jest wynikiem długo trwającej izolacji dwóch lub większej liczby populacji tego samego gatunku, na które działa dobór naturalny.

  • Dobór naturalny to główny mechanizm ewolucji biologicznej. Polega na tym, że w danych warunkach środowiska przeżywają i wydają potomstwo najlepiej przystosowane do tych warunków osobniki.

  • Dobór sztuczny to działanie prowadzące do utrwalenia u organizmów pożądanych dla człowieka cech, dzięki czemu powstają nowe rasy zwierząt i odmiany roślin.

bg‑azure

Praca domowa

11
Ćwiczenie 1
RplUgeUn3Ms05
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 2
R1QyM6Eeige5m
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 3
Rx6YuhRipdoHE
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
iujqk69LEB_d5e426

Słownik

abiotyczne czynniki
abiotyczne czynniki

fizykochemiczne elementy środowiska nieożywionego działające na organizmy żywe

biotyczne czynniki
biotyczne czynniki

organizmy żywe mające wpływ na rozwój innych żywych organizmów oraz na środowisko

endemit
endemit

organizm, głównie roślinny lub zwierzęcy, należący do różnych jednostek systematycznych (np. podgatunków, gatunków, rodzajów, rodzin, a nawet rzędów) zamieszkujące ograniczone, stosunkowo niewielkie terytorium i tylko dla niego właściwe; powstaje zwykle wskutek izolacji geograficznej; np. hatteria jest gatunkiem endemicznym na wyspach Nowej Zelandii; w Polsce endemitem jest m.in. przytulia krakowska

dobór naturalny
dobór naturalny

mechanizm ewolucji działający w środowisku naturalnym, który sprawia, że w walce o ograniczone zasoby środowiska przeżywają i rozmnażają się osobniki najlepiej przystosowane; w wyniku doboru naturalnego utrwalają się zestawy genów warunkujących cechy korzystne dla przetrwania w danych warunkach środowiska

dobór sztuczny
dobór sztuczny

selekcja i krzyżowanie osobników o cechach pożądanych przez człowieka; ich celem jest utrwalenie lub wzmocnienie określonych właściwości roślin lub zwierząt; tą drogą powstało wiele odmian roślin i ras zwierząt

syntetyczna teoria ewolucji
syntetyczna teoria ewolucji

nowoczesna teoria objaśniająca mechanizmy ewolucji; objaśnia pozorną sprzeczność między darwinizmem i genetyką

walka o byt
walka o byt

w Darwinowskiej teorii ewolucji: współzawodnictwo o warunki bytowe między osobnikami danej populacji lub między populacjami różnych gatunków

iujqk69LEB_d5e570

Zadania

11
Ćwiczenie 1
RfyV1DPad16ca1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
1
Ćwiczenie 2
RWQawCBEE5ucJ1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
1
Ćwiczenie 3
R1eSaIpIjw6DJ1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 4
RhRAnIGEBtcOZ1
zadanie interaktywne
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 5
R92aTIRIMrTje
1. Podstawą procesów ewolucyjnych jest zmienność Tu uzupełnij organizmów, czyli bezkierunkowe i przypadkowe zmiany w materiale genetycznym. 2. Rozmnażanie się płciowe osobników stwarza możliwość wystąpienia nowych kombinacji genów, co nazywamy zmiennością Tu uzupełnij. 3. Większość gatunków wydaje na świat więcej potomstwa niż może przeżyć, dlatego osobniki muszą konkurować o te same zasoby środowiska. Konkurencję tę Darwin nazwał Tu uzupełnij. 4. Mechanizm sprawiający, ze przeżywają osobniki najlepiej przystosowane do środowiska to Tu uzupełnij.
Źródło: Ilona Kruk, licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 6

Teoria ewolucji została stworzona w XIX wieku. Karol Darwin na podstawie swoich wnikliwych obserwacji i porównywania gatunków żyjących w jego czasach, jak i gatunków wymarłych, stworzył teorię ewolucji. Współczesne spojrzenie na ewolucję opiera się na badaniach genetyków i paleontologów. Dzisiaj mówimy o syntetycznej teorii ewolucji.

RPkEY9fP6OAfL
Poniżej przedstawiono podstawowe założenia teorii Darwina. Zapoznaj się z nimi. Zaznacz te spośród nich, które są nieprawdziwe. Możliwe odpowiedzi: 1. Cechy nabyte są utrwalane dziedzicznie., 2. W przyrodzie istnieje nadwyżka rozrodczości (organizmy produkują dużo potomstwa, jednak ich ilość jest względnie stała w populacji)., 3. Podstawą zmian ewolucyjnych jest przypadkowa, dziedziczna zmienność wśród organizmów każdego gatunku., 4. Ciągle używane narządy się rozwijają, a nieużywane redukują się i zanikają., 5. Organizmy konkurują ze sobą, czego przejawem jest walka o byt., 6. Największe szanse przeżycia mają osobniki najlepiej dostosowane do danych warunków, osobniki z cechami niekorzystnymi odpadają – następuje sekcja naturalna.
Źródło: Ilona Kruk, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Notatnik

RIKondRyQz8Pf
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.