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.

R1Cjfxr0JVqqN

Zdjęcie przedstawia skamieniały szkielet jaszczurki. Widoczna jest szeroka czaszka, a w niej oczodoły. Kręgosłup z żebrami, dalej kończyny przednie oraz tylne z widocznymi kościami palców oraz ogon.

Drzewo rodowe ilustruje zależności ewolucyjne między organizmami

Rozwój życia na Ziemi to skutek ewolucji biologicznejewolucja biologicznaewolucji biologicznej. Doprowadziła ona do powstania ogromnej liczby gatunków, z których część już wymarła, część żyje współcześnie i jest nam znana, a część wciąż czeka na odkrycie.

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 wielkolistnerośliny 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.

Różnorodne dowody potwierdzają ewolucję

Zachodzenie ewolucji potwierdzają bezpośrednie i pośrednie dowody dostarczane przez różne dziedziny nauki, takie jak paleontologiapaleontologiapaleontologia, anatomia czy genetyka.

Bezpośrednie dowody ewolucji

Bezpośrednie dowody ewolucji dostarczają informacji o zmianach jakie zaszły w organizmach w czasie.  Należą do nich skamieniałościskamieniałościskamieniałości, formy pośrednie i żywe skamieniałości.

Skamieniałości

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. 

Galeria przedstawiająca jak powstają skamieniałości:

R12CsqURqbxg9

Rysunek przedstawia brązowego amonita w błękitnej wodzie nad brązowym, pofalowanym dnem morza. Amonit ma spiralną, pierścieniowatą muszlę, oczy i liczne odnóża.

RWUBupCnzCyMF

Rysunek przedstawia pustą muszlę amonita, leżącą na dnie morza.

RMqPjnjZfzkw0

Rysunek przedstawia wapienną muszlę amonita, zasypaną piaskiem i osadami dennymi. Muszla znajduje się w zbiorniku wodnym.

RZv8m8aw0u3RJ

Rysunek przedstawia zarośnięty zbiornik bez wody. U góry bujna roślinność, a głęboko pod ziemią muszla amonita stała się częścią skały osadowej.

R1PzvOt2xqtXe

Rysunek przedstawia odsłonięte w wyniku erozji skały, które kiedyś stanowiły dno morza. W nich widoczna jest skamieniała muszla amonita.

Do skamieniałości zalicza się:

1. 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.

2. Zmumifikowane ciała organizmów – są to zachowane w całości ciała organizmów. Przykładem takiego znaleziska jest ciało nosorożca włochatego, odnalezione we wsi Starunia na Ukrainie. Ten jedyny znany „kompletny” (szkielet wraz z  wnętrznościami, mięśniami i skórą) okaz wymarłego nosorożca włochatego znajduje się w Krakowie. Innym przykładem zmumifikowanych organizmów są owady, które zachowują się często w bursztynie -  żywicy prehistorycznych drzew.

3. Ślady działalności organizmów – inną formą skamieniałości są odciskiodciskiodciski 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.

Galeria przedstawiająca przykłady skamieniałości:

RK5eAndcjrKQK

Fotografia przedstawia powierzchnię skały w krajobrazie, w której widnieje wiele odcisków trójpalczastych stóp wymarłych gadów.

R1krw4fgYwDuz

Fotografia przedstawia płaski kawałek skały, umieszczony pionowo w gablocie. Na szarej skale znajdują się odciski pięciu pancerzy wymarłych zwierząt, trylobitów. Mają owalny kształt. W przedniej części pancerz składa się z dużych płytek. Od osi ciała odchodzą liczne pary cienkich odnóży.

RIh4LHvPPlQIz

Na ilustracji trylobit o owalnym ciele. Od strony grzbietu pancerz. Kolor brązowy. Z lewej strony widok z góry. Z prawej strony widok z boku. Narysowano podziałkę 1 cm. Trylobit ma około czterech centymetrów długości. Z boków wychodzą długie cienkie odnóża. Tło zdjęcia czarne. W górnej części grafiki znajduje się napis: "TRYBLOIT: Dicranurus monstrosus (Barrande, 1852)".

RLUwUZO9JELuz

Fotografia przedstawia w zbliżeniu jasną, spiralnie skręconą, żeberkowaną muszlę amonita. Leży na piasku.

RybSdha1mErtu

Na zdjęciu amonit o pastorałowato zwiniętej muszli. Kolor brązowy. Ułożony jest poziomo. Na górze podziałka. Amonit ma pół metra długości. Tło zdjęcia czarne. W górnej części grafiki znajduje się tekst: "Amonit o pastorałowo zwiniętej muszli - Ancyloceras d'Orbingny, 1842".

Re3mcj8WBbI9p

Fotografia przedstawia szkielet mamuta we wnętrzu muzeum historii naturalnej. Szkielet składa się z licznych połączonych i umocowanych kości. Z czaszki wystają bardzo długie i zakrzywione kły.

R1KWAT2z28xXu

Animacja ukazująca Tiktaalik – skamieniałość ryby o cechach upodabniających ją do współczesnych czworonożnych płazów.

Animacja ukazująca Tiktaalik – skamieniałość ryby o cechach upodabniających ją do współczesnych czworonożnych płazów.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1KWAT2z28xXu

Animacja ukazująca Tiktaalik – skamieniałość ryby o cechach upodabniających ją do współczesnych czworonożnych płazów.

R1Sc5HNyvK6LI

Fotografia przedstawia płaski kawałek szarego węgla z odciskiem liścia paproci. Od głównej osi liścia odchodzą bocznie naprzeciwległe liście o karbowanych brzegach.

Formy przejściowe

Formy przejściowe są to wymarłe organizmy, które łączą w sobie cechy dwóch różnych grup systematycznych. Są dowodem na to, że jedne grupy systematyczne wyewoluowały z innych organizmów.

Przykładem organizmu, który uznawany jest powszechnie za formę przejściową jest jest Archeopteryks zwany inaczej praptakiem. Było to zwierzę wielkości gołębia mające cechy gadów i ptaków.  Do cech gadzich należą m.in. długi ogon, wydłużone szczęki zaopatrzone w stożkowate zęby oraz palce kończyn przednich zakończone pazurami. Do cech ptasich należą kończyny przednie przekształcone w skrzydła oraz pióra (lotki) pokrywające całe ciało. Praptak prawdopodobnie przemieszczał się z drzewa na drzewo głównie lotem ślizgowym, jednak nie można wykluczyć, że był również zdolny do krótkodystansowego aktywnego lotu, przypominającego charakterystyczny lot przepiórki.

RH8nsbsLIiH9x

Fotografia przedstawia odcisk praptaka w szaro‑żółtej skale. U góry znajdują się zarysy skrzydeł: piór i kości. Trójkątna czaszka na długiej, cienkiej szyi. Pod nią odcisk pierzastego ogona. Obok odciski kości kończyn dolnych.

Żywe skamieniałości

Żywe skamieniałości zwane inaczej reliktamireliktreliktami to gatunki, których ewolucja przebiegała bardzo powoli, przez co przetrwały wiele milionów lat do czasów współczesnych w prawie niezmienionej formie. Ich wygląd i sposób życia mogą wiele powiedzieć o podobnych organizmach żyjących w przeszłości. Do żywych skamieniałości należą m.in. dziobak, latimeria, łodziki, skrzypłocze i skorpiony, a wśród roślin skrzypy.

R1IglglUlDFHX

Fotografia przedstawia na czarnym tle zbliżenie skrzypłocza. To owalny stawonóg z długim wyrostkiem ogonowym. Po bokach ciało spłaszczone. Odwłok wyraźnie oddzielony, krótki, spłaszczony. Po bokach dwa rzędy ostrych wyrostków.

Dziobak zamieszkujący Australię i Tasmanię, jest zwierzęciem lądowo‑wodnym. Ma zarówno cechy gadzie, jak i ssacze. Do gadzich cech można zaliczyć jajorodność. Do cech ssaków natomiast, 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.

RTYRPjYSgxPLi

Zdjęcie przedstawia dziobaka. Płynie w wodzie. Ciało i szeroki, płaski ogon dziobaka pokrywa gęste brązowe futro. Dziobak posiada błonę pławną na stopach i duży dziób.

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.

RsdqZj2u7P7fQ

Zdjęcie przedstawia rybę, latimerię (Latimeria chalumnae). Cechą charakterystyczną tego gatunku jest połączenie żuchwy podwójnym stawem z czaszką. Dzięki temu w czasie polowania zwierzę potrafi podnosić górną część głowy. Ryba nie ma szczęki górnej. Tę funkcję pełnią silne kości podniebienia. Są wyposażone w zęby. Płetwa ogonowa ma trójdzielną budowę, dodatkowo zwieńczoną niewielką, miękką płetwą. Ryba ma niewielką głowę z dużym okiem, a jej ciało pokryte jest dużymi łuskam o srebrnej barwie.

Łodziki to jedyne współcześnie żyjące głowonogi z muszlą zewnętrzną.

R1IofgPV44lVn

Zdjęcie przedstawia łodzika na czarnym tle. Głowonóg ma brązowo‑białą muszę, z której wychodzą liczne ramiona.

Pośrednie dowody ewolucji

Pośrednie dowody na ewolucję nie pokazują bezpośrednio zmian ewolucyjnych, ale sugerują ewolucję na podstawie wzorców i podobieństw zaobserwowanych w organizmach. Należą do nich jedność planów budowy i czynności życiowych organizmów, struktury (narządy) homologiczne i analogiczne, narządy szczątkowenarządy szczątkowenarządy szczątkowe, atawizmyatawizmatawizmy oraz rozmieszczenie geograficzne organizmów.

Jedność budowy i funkcji

Najbardziej przekonującymi dowodami na pokrewieństwo organizmów oraz ich pochodzenie od wspólnego przodka są budowa komórkowa i podobny skład chemiczny komórek. Ponadto wszystkie organizmy wykazują takie same podstawowe czynności życiowe (oddychanie, odżywianie, wydalanie, poruszanie się, rozmnażanie i reagowanie na bodźce), a ich informacja genetyczna zawarta jest w DNA.

RG71Eh0Y3tBcZ

Ilustracja przedstawia koło, podzielone na 5 części, odpowiadających królestwom świata organicznego. W każdej części znajduje się fotografia przedstawiciela królestwa. Od lewej u góry: zielonkawe pałeczki bakterii, przezroczysty pierwotniak, malutkie grzyby na białych trzonkach, zielone liście paproci, brązowe jelenie. W centrum na jaśniejszym tle wypisane dowody ewolucji z zakresu biochemii. Są to: komórkowa budowa, składniki organiczne (białka, cukry, tłuszcze), przemiany biochemiczne, informacja genetyczna w postaci DNA, kod genetyczny.

Struktury 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 struktury określane są jako homologiczne.

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.

Rd8VbXL5DhZRg

Ilustracja przedstawia schematyczne rysunki narządów o wspólnym pochodzeniu, pełniących różne funkcje. Są to kończyny przednie, przedstawione jako szare sylwetki. W nich znajdują się kości w różnych kolorach. Kość ramienna jest zielona, kości przedramienia żółte, kości nadgarstka czerwone a kości śródręcza i palców niebieskie. Nad rysunkiem widać nazwę gatunku oraz funkcję przedniej kończyny. U człowieka ręka służy do chwytania przedmiotów. Z tego powodu ma długą kość ramienną i długie kości przedramienia. U delina kończyna przednia jest przekształcona w płetwę do pływania. Kości ramienna i przedramienne są mocno zredukowane. Są niewiele większe niż kości nadgarstka. Rozbudowane są za to kości palców. To one tworzą płetwę. Najdłuższy jest palec środkowy i serdeczny. Kości kciuka nie widać. U konia kończyna przednia służy do biegania. Posiada ona grubą kość ramienną, długie kości przedramienne złączone razem oraz małe kości nadgarstka. U konia mocno wydłużone są kości śródręcza. Koń posiada tylko palec środkowy. To na nim opiera się cała kończyna, reszta palców zanikła. Kończyna przednia nietoperza służy do latania. Kości ramienna, przedramienne, śródręcza i palców są bardzo wydłużone, to one tworzą skrzydło. Przednia kończyna kreta służy do kopania. Kości nie są zbyt długie, jednak grube. Bardzo rozbudowany jest łokieć kreta, wystaje mocno poza obręb kości ramiennej. Kości śródręcza i palców są nieco wydłużone, aby stworzyć powierzchnię do kopania.

W przeciwieństwie do struktur homologicznych, struktury analogiczne mają różne pochodzenie i budowę wewnętrzną, ale podobny do siebie wygląd, ponieważ wykształciły się pod wpływem zbliżonych warunków środowiska. Na przykład rekiny i delfiny chociaż nie są ze sobą spokrewnione mają podobny kształt ciała ponieważ żyją w wodzie. 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. Podobnie jest w przypadku skrzydła ptaka i skrzydła owada .

Narządy szczątkowe

Narządy 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 u człowieka m.in. 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. Cechy takie nazywamy atawizmami. Do atawizmów 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 endemityendemitendemity – liczne gatunki torbaczy żyjące tylko w Australii lub fauna i flora wysp Galapagos.

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 (niewrażliwe) 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.

RKe9BU6XyFfdE1

Ilustracja przedstawia schematycznie u góry trzy buteleczki, podpisane antybiotyk A. Nad nimi w prawo czerwona strzałka czasu, oznaczająca lata. U dołu znajdują się niebieskie i czerwone pałeczki, symbolizujące bakterie. Od lewej jest to pierwotna populacja zróżnicowanych bakterii. Liczne niebieskie są wrażliwe na antybiotyk A, czerwone są oporne. Nad pałeczkami znajduje się tekst: "Pierwotna populacja bakterii. Większość bakterii (zaznaczone na niebiesko) jest wrażliwa na antybiotyk A. Nieliczne bakterie (zaznaczone na czerwono) są oporne na ten antybiotyk". W środku ukazano sytuację po częstym stosowaniu antybiotyku: bakterie niebieskie zniknęły, zostały tylko nieliczne czerwone. Nad pałeczkami znajduje się tekst: "Częste stosowanie antybiotyku A eliminuje bakterie wrażliwe, przy życiu pozostają bakterie oporne". Po latach populacja bakterii składa się wyłącznie z opornych, czerwonych pałeczek. Nad pałeczkami znajduje się tekst: "Nowa populacja bakterii. Wszystkie bakterie są oporne na antybiotyk A".

To ważne!

• Ewolucja to proces stopniowych zmian w budowie ciała i sposobie życia organizmów; prowadzi ona do powstawania nowych gatunków.

• Bezpośrednimi dowodami potwierdzającymi ewolucję są: skamieniałości, formy przejściowe i żywe skamieniałości, tzw. relikty.

• Pośrednimi dowodami ewolucji są: jedność budowy i funkcji wszystkich organizmów, narządy szczątkowe, atawizmy, struktury homologiczne i analogiczne, rozmieszczenie organizmów na Ziemi.

Na pożegnanie