Dowody ewolucji

Ewolucja to proces, który śledzimy dzięki wielu dziedzinom nauki – od anatomii, przez biogeografię i biochemię, aż po genetykę. Porównując cechy organizmów na różnych poziomach ich złożoności, odkrywamy łączące je pokrewieństwo oraz wspólne pochodzenie. Historię życia dokumentują również znaleziska z odległej przeszłości, takie jak dobrze znane skamieniałe kości zwierząt czy odciski liści roślin utrwalone w skałach. Nie każdy jednak wie, że ewolucję można śledzić również „na żywo” w laboratorium. Dzięki organizmom o bardzo krótkim cyklu życia, takim jak bakterie czy drożdże ewolucja jest nie tylko echem minionych wydarzeń, ale dynamicznym procesem, który trwa tu i teraz.

Dowody ewolucji

Dowody na ewolucję to naukowe potwierdzenia, że życie na Ziemi nie jest stałe, lecz zmienia się w czasie, a wszystkie żyjące dziś organizmy są ze sobą spokrewnione. Wyróżnia się dowody bezpośrednie i pośrednie. 

Bezpośrednie dowody ewolucji

Do bezpośrednich dowodów ewolucji należą:

• dane paleontologiczne  – skamieniałości,

• żywe skamieniałości;

• wnioski z bezpośrednich obserwacji zmian ewolucyjnych.

Dane paleontologiczne

Paleontologia jest nauką zajmującą się badaniem organizmów, które żyły w ubiegłych epokach geologicznych. Zadaniem paleontologii jest wszechstronne poznanie szczątków kopalnych organizmów w celu rekonstrukcji ich budowy i funkcji, określenie ich występowania w czasie i w środowisku oraz odtworzenie na tej podstawie historii rozwoju poszczególnych grup i całej biosfery.

Główne paleontologiczne dowody na ewolucję stanowią skamieniałości (skamieliny, fosylia).

Jak powstają skamieniałości właściwe?

Powstawanie skamieniałości właściwych, czyli fosylizacja, to długotrwały proces zachodzący zazwyczaj w warunkach beztlenowych. Gdy martwy organizm ulega rozkładowi, jego tkanki miękkie zanikają, pozostawiając jedynie twarde części, takie jak szkielet zewnętrzny i wewnętrzny. W kolejnym etapie części te zostają wysycone związkami mineralnymi: szkielet organiczny może ulec zwęgleniu lub skrzemionkowaniu (częste w przypadku drewna roślin kopalnych), natomiast szkielet mineralny (wapienny lub fosforowo‑wapienny) może zachować się bez bez zmian, ulec rekrystalizacji lub zostać zastąpiony np. przez krzemionkę. 

Proces ten może pozostawić po sobie różne ślady:

• odcisk: Powstaje, gdy organizm zostaje dociśnięty do miękkiego podłoża (np. mułu), które z czasem twardnieje w skałę. Sam organizm ulega rozkładowi, ale w skale pozostaje wgłębienie, które idealnie odwzorowuje jego powierzchnię zewnętrzną.

• odlew: Powstaje, gdy pusta przestrzeń wewnątrz organizmu (np. środek muszli lub czaszki) zostanie wypełniona osadem, który zastyga w twardą masę. Gdy po milionach lat zewnętrzna skorupa się rozpuści, pozostaje „odlew” środka – bryła skały pokazująca kształt wnętrza danego obiektu.

Wśród skamieniałości szczególne znaczenie mają skamieniałości kompletne, w której zachowały się nie tylko tkanki twarde, ale również - miękkie. 

Wiele informacji na temat przemian ewolucyjnych niosą skamieniałości form przejściowych. Są to zwykle organizmy łączące cechy budowy dwóch różnych grup systematycznych (niekoniecznie będąc ich bezpośrednimi przodkami), z których jedna istniała wcześniej, a druga później. Ich przykładem jest ichtiostega (Ichthyostega) – zwierzę o cechach rybich i płazich, a także archaeopteryks (Archaeopteryx), wykazujący podobieństwa do gadów i ptaków.

R1OGA1GJ3OCM2

Zdjęcie przedstawia ichtiostega. Przypomina on kształtem jaszczurkę z szerokim ogonem - płatwą umożliwiającą swobodne pływanie. Łapy zwierzęcia są krótkie, między palcami znajdują się błony pławne.

Żywe skamieniałości - relikty przeszłości 

Żywe skamieniałości to żyjące do dziś reliktowe pojedyncze gatunki lub nieliczne grupy organizmów należące do wymarłych grup systematycznych, które były znacznie bardziej zróżnicowane w przeszłości geologicznej. Do żywych skamieniałości należą m.in. dziobak (Ornithorhynchus anatinus), hatteria (Sphenodon), latimeria (Latimeria chalumnae), hoacyn (Opisthocomus hoazin), łodzik (Nautilus belauensis) i miłorząb (Ginkgo biloba). 

Żywe skamieniałości to organizmy, które „zatrzymały się w czasie”. Ich linia rozwojowa nie rozgałęziła się, a zmiany w ich budowie zachodziły tak wolno, że dzisiaj wyglądają niemal jak żywe kopie swoich przodków sprzed milionów lat.

Współczesne obserwacje zmian ewolucyjnych

Zmiany ewolucyjne najczęściej zachodzą bardzo wolno, jednak w przypadku bakterii, które mają krótki cykl życiowy, można je zaobserwować po kilku pokoleniach. Przykładem takich zmian ewolucyjnych jest antybiotykooporność, czyli zdolność mikroorganizmów do życia i rozmnażania się w obecności leku, który normalnie powoduje ich niszczenie lub zahamowanie ich rozmnażania.

Antybiotyki są czynnikami selekcjonującymi bakterie. Przed wprowadzeniem danego antybiotyku istniały szczepy bakterii mniej i bardziej wrażliwych na jego działanie, przy czym bakterie oporne na działanie antybiotyku stanowiły mniejszość. W wyniku stosowania antybiotyku przeżywają jedynie te szczepy, które są na niego oporne. Kolejne pokolenia tych bakterii wykazują już oporność na działanie wprowadzonego wcześniej antybiotyku. Antybiotykooporność bakterii wskazuje zatem na zaawansowanie ewolucyjne.

Datowanie w badaniach nad przebiegiem ewolucji

Datowanie to proces przypisywania zdarzeniom z odległej przeszłości czasu (daty), w którym mogły one mieć miejsce. Metody datowania opierają się na różnych zmianach zachodzących z upływem czasu w przyrodzie ożywionej i nieożywionej, a także na zmianach charakterystycznych dla danego okresu rozwoju życia na Ziemi.

Metody datowania dzieli się na: bezwzlędne i względne.

Bezwzględne (absolutne)

Bezwzględne (absolutne)

Określają czas wystąpienia zdarzenia. Dzięki metodom datowania bezwzględnego naukowcy są w stanie podać wiek znaleziska z większym lub mniejszym marginesem błędu. Do tych metod należą metody radioizotowe, oparte na zjawisku rozpadu promieniotwórczego (radioaktywnego) niestabilnych izotopów pierwiastków chemicznych zawartych w badanej próbce.

Względne (relatywne)

Względne (relatywne)

Określają, które spośród dwóch zdarzeń było wcześniejsze, a które późniejsze. Za pomocą metod datowania względnego można określić pierwszeństwo powstania znalezisk, warstw itp. Metody te nie pozwalają na precyzyjne określenie, ile dane znalezisko ma lat ani o ile lat np. jeden gatunek jest starszy od drugiego. Dzięki tym metodom naukowcy są w stanie wskazać jedynie starszy gatunek czy starsze znalezisko.

Kluczową rolę odgrywa tu metoda biostratygraficzna, która polega na ustalaniu kolejności powstawania warstw skalnych na podstawie zawartych w nich szczątków organizmów. Wykorzystuje ona tzw. skamieniałości przewodnie, czyli gatunki, które żyły w krótkim czasie geologicznym, ale na bardzo dużym obszarze, co pozwala na precyzyjne porównanie wieku osadów z różnych miejsc świata.”

RbtKFNF2DzETj

Zdjęcie przedstawia dwa odciski skamieniałych amonitów. Mają one kształt symetrycznej, płaskospiralnej skorupy, przypominającej muszlę ślimaka.

Pośrednie dowody ewolucji

Pośrednie dowody ewolucji to dane oparte na analizie współcześnie żyjących organizmów, które wskazują na ich wspólne pochodzenie i pokrewieństwo. W przeciwieństwie do dowodów bezpośrednich, wymagają one porównywania współczesnych gatunków i wyciągania wniosków na podstawie ich podobieństw.

Pośrednie dowody ewolucji opierają się na podobieństwie:

• budowy komórkowej (wszystkie organizmy zbudowana są z komórek o podobnej strukturze);

• budowy anatomicznej (występowania narządów homologicznych, analogicznych, szczątkowych i atawizmów);

• składu chemicznego i procesów biochemicznych (np. obecność DNA jako nośnika informacji genetycznej, uniwersalność kodu genetycznego, występowanie chlorofilu a u wszystkich roślin, wykazywanie tych samych procesów życiowych);

• struktury materiału genetycznego (np. podobieństwo kariotypów); 

• rozwoju zarodkowego (podobieństwo zarodków różnych grup zwierząt na wczesnych etapach rozwoju);

• rozmieszczenia organizmów na Ziemi (biogeografii).

Podsumowanie

• Dowody na ewolucję to naukowe potwierdzenia, że życie na Ziemi zmienia się w czasie, a wszystkie żyjące dziś organizmy są ze sobą spokrewnione.

• Do bezpośrednich dowodów ewolucji należą: skamieniałości, żywe skamieliny oraz wnioski z bezpośrednich obserwacji zmian ewolucyjnych.

• Skamieniałości dzieli się na: skamieniałości właściwe (szczątki organizmów), skamieniałości śladowe (ślady aktywności życiowej) oraz skamieniałości kompletne (organizmy z zachowanymi tkankami miękkimi). 

• Skamieniałości mają duże znaczenie dla nauk biologicznych i geologicznych, zwłaszcza tzw. skamieniałości przewodnie w stratygrafii.

• Formy przejściowe to organizmy łączące cechy budowy dwóch różnych grup systematycznych (niekoniecznie będąc ich bezpośrednimi przodkami), z których jedna istniała wcześniej, a druga później, np. Ichtyostega, łącząca cechy rybie i płazie.

• Żywe skamieniałości to żyjące do dziś pojedyncze gatunki lub nieliczne grupy organizmów należące do wymarłych grup systematycznych, które były znacznie bardziej zróżnicowane w przeszłości geologicznej, np. dziobak australijski, łodziki, miłorząb dwuklapowy.

• Przykładem zmian ewolucyjnych, które można obserwować współcześnie jest nabywanie antybiotykooporności przez bakterie.

• Pośrednie dowody ewolucji to dane oparte na analizie współcześnie żyjących organizmów, które wskazują na ich wspólne pochodzenie i pokrewieństwo, np. narządy homologiczne, atawizmy, narządy szczątkowe.

• Narządy homologiczne, to narządy o wspólnym pochodzeniu ewolucyjnym, które mają podobny plan budowy wewnętrznej oraz zbliżony układ tkanek, mimo że u różnych gatunków mogą pełnić odmienne funkcje; są wynikiem ewolucji rozbieżnej (dywergencji), np. ręka człowieka i skrzydło ptaka, bulwa ziemniaka i kłącze imbiru.

• Atawizmy to cechy, które były obecne u przodków, a obecnie w zasadzie nie występują, choć mogą się czasem pojawiać u niektórych osobników, np. kły wystające poza linię zgryzu u człowieka.

•  Narządy szczątkowe to narządy lub struktury, które obecnie występują w formie szczątkowej, a u przodków były znacznie bardziej rozwinięte i funkcjonalne, np. wyrostek robaczkowy u człowieka. 

Ćwiczenia utrwalające

Ćwiczenie 4

RyUoUD65vY8RS

Zdjęcie przedstawia formacje skalne znajdujące się w morzu. Są one złożone z cienkich lamin węglanu wapnia wytrąconego z wody morskiej. Mają kształt przypominający płaskie kamienie leżące obok siebie.

RaCU8K3Y40Tb0

Zdjęcie przedstawia przekrój poprzeczny skały stromatolitowej. Składa się ona z wielu nakładających się na siebie warstw o różnych żółto‑brązowych barwach.

Na pierwszym z powyższych zdjęć znajdują się stromatolity w Zatoce Rekina (zachodnie w wybrzeże Australii). Na zdjęciu drugim widoczny jest przekrój stromatolitu. Te formacje skalne powstały poprzez stopniowe odkładanie się warstw cyjanobakterii i ich mineralizację po śmierci. Szacuje się, że najstarsze z nich mogą mieć nawet ponad 3,5 mld lat. Żyjące dzisiaj cyjanobakterie są najstarszymi znanymi nam żywymi skamieniałościami. Dzięki zdolności do fotosyntezy przyczyniły się do uformowania tlenowej atmosfery Ziemi. Ciekawe jest to, że cyjanobakterie zawierają chlorofil a (charakterystyczny dla eukariotów), podczas gdy inne organizmy prokariotyczne przeprowadzają fotosyntezę za pomocą bakteriochlorofilu. Genom cyjanobakterii ma formę kolistą, a sekwencja nukleotydów DNA wykazuje duże podobieństwo do sekwencji genomu chloroplastowego.

Indeks dolny Na podstawie: Jeong‑Hyun Lee, Stromatolite, [w:] Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences, Elsevier 2019. Materiał wykorzystany na podstawie art. 29 ustawy o prawie autorskim i prawach pokrewnych (prawo cytatu). Indeks dolny koniec_{Na podstawie: Jeong‑Hyun Lee, Stromatolite, [w:] Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences, Elsevier 2019. Materiał wykorzystany na podstawie art. 29 ustawy o prawie autorskim i prawach pokrewnych (prawo cytatu).}

RdPyZCiCpOQoM

Uzupełnij test dotyczący stromatolitów, wybierając poprawne określenie. Stromatolity są typowym przykładem skamieniałości inkluzji, a co za tym idzie – bezpośredniego dowodu na ewolucję. Występowanie zarówno u cyjanobakterii, jak i organizmów eukariotycznych chlorofilu a świadczy nie świadczy o ich pokrewieństwie ewolucyjnym. Szacowany wiek cyjanobakterii oraz stosunkowo niewielkie zmiany ewolucyjne, jakim uległy te organizmy, czynią z nich żywe skamieniałości formy przejściowe. Podobieństwo ich genomu do genomu chloroplastowego może nie może świadczyć o tym, że organizmy te dały początek chloroplastom roślinnym.

Uzupełnij test dotyczący stromatolitów, wybierając poprawne określenie. Stromatolity są typowym przykładem skamieniałości inkluzji, a co za tym idzie – bezpośredniego dowodu na ewolucję. Występowanie zarówno u cyjanobakterii, jak i organizmów eukariotycznych chlorofilu a świadczy nie świadczy o ich pokrewieństwie ewolucyjnym. Szacowany wiek cyjanobakterii oraz stosunkowo niewielkie zmiany ewolucyjne, jakim uległy te organizmy, czynią z nich żywe skamieniałości formy przejściowe. Podobieństwo ich genomu do genomu chloroplastowego może nie może świadczyć o tym, że organizmy te dały początek chloroplastom roślinnym.

Ćwiczenie 5

RC1AKOuUT2wJv

Zdjęcie przedstawia skorupiaka z dziesięciorgiem odnóży.

RxF1uMvIerwR8

Zdjęcie przedstawia skamielinę gatunku Mecochirus lingimanatus. Widoczne są liczne, parzyste odnóża i średniej wielkości odwłok.

Pierwsze z powyższych zdjęć przedstawia osobnika gatunku Neoglyphea inopinata (inopinata oznacza „niespodziewany”), drugie natomiast – skamielinę gatunku Mecochirus lingimanatus odnalezioną na terenie bawarskich wykopalisk Solnhofen Limestone. Oba wymienione gatunki należą do grupy Glypheoidae, spośród której znaczna część gatunków wymarła. Neoglyphea inopinata znamy jedynie na podstawie analizy 17 okazów wyłowionych z wód Filipin i Australii. Wszystkie dziesięcionożne gatunki z grupy Glypheoidae wykazują lub wykazywały znaczne podobieństwa morfologiczne. Jednak prawie wszystkie dane na ich temat pochodzą z prac kopalnych.
Indeks dolny Na podstawie: Jacques Forest, [Neoglyphea inopinata: A Crustacean “Living Fossil” from the Philippines], „Science” 1976, nr 192(4242), s. 884. Materiał wykorzystany na podstawie art. 29 ustawy o prawie autorskim i prawach pokrewnych (prawo cytatu). Indeks dolny koniec_{Na podstawie: Jacques Forest, [Neoglyphea inopinata: A Crustacean “Living Fossil” from the Philippines], „Science” 1976, nr 192(4242), s. 884. Materiał wykorzystany na podstawie art. 29 ustawy o prawie autorskim i prawach pokrewnych (prawo cytatu).}

RGG3KO46Q5K37

Oceń poniższe zdania dotyczące Glypheoidae jako prawdziwe lub fałszywe. Wszystkie gatunki zwierząt należące do grupy Glypheoidae są gatunkami kopalnymi. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Podobieństwo budowy zewnętrznej Neoglyphea inopinata do Mecochirus lingimanatus jest przykładem bezpośredniego dowodu na ewolucję. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Odnajdywane osobniki (żywe lub skamieniałe) Neoglyphea inopinata oraz Mecochirus lingimanatus stanowią bezpośrednie dowody na ewolucję. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz

Oceń poniższe zdania dotyczące Glypheoidae jako prawdziwe lub fałszywe. Wszystkie gatunki zwierząt należące do grupy Glypheoidae są gatunkami kopalnymi. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Podobieństwo budowy zewnętrznej Neoglyphea inopinata do Mecochirus lingimanatus jest przykładem bezpośredniego dowodu na ewolucję. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Odnajdywane osobniki (żywe lub skamieniałe) Neoglyphea inopinata oraz Mecochirus lingimanatus stanowią bezpośrednie dowody na ewolucję. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz