BIOLOŠKA EVOLUCIJA: TEORIJE, POSTOPEK, DOKAZI IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2025

Biološka evolucija je sprememba lastnosti skupin organizmov v teku generacij. Skupine organizmov iste vrste so znane kot "biološke populacije".

V bistvu sodobna novoarvinistična teorija evolucije pravi, da evolucijo sestavljajo postopna sprememba življenjskih oblik. Začelo se je - predvidoma - z molekulo z zmožnostjo ponovitve pred približno 3,5 milijarde let.

Vir: chensiyuan

Sčasoma je prišlo do razvejevanja rodov in pojavile so se nove in raznolike vrste. Mehanizmi te evolucijske spremembe so naravna selekcija in odtok genov.

Evolucijska biologija skuša razumeti izvor biološke raznolikosti in kako se ohranja. Ker gre za osrednjo znanost v biologiji, se na splošno šteje za združujočo misel, ki združuje različne discipline bioloških znanosti.

Ta združujoča lastnost evolucijske biologije je bila zaznamovana v znameniti besedni zvezi Teodozija Dobžanskega: "v biologiji ni nič smiselno, razen v luči evolucije."

Danes je evolucijska biologija uživala ves napredek znanosti, kar je omogočilo rekonstrukcijo filogenij z uporabo številnih molekulskih znakov in močne statistične analize.

Kaj je evolucijski proces?

Evolucija je izraz, ki izhaja iz latinskih korenin evolvere, kar pomeni odkrivanje ali razkrivanje skritega potenciala. Danes beseda evolucija preprosto sproži spremembo. Verjetno je del našega vsakodnevnega leksikona, ki se nanaša na spremembe v predmetu ali osebi.

Vendar pa se biološka evolucija nanaša na spremembe v skupinah organizmov skozi generacije. To splošno evolucijsko opredelitev uporablja Futuyma (2005). Pomembno je opozoriti, da se organizmi kot posamezniki ne razvijajo, medtem ko to počnejo skupine organizmov.

V biologiji množico posameznikov iste vrste, ki sobivajo v času in prostoru, imenujemo populacije. Da se sprememba populacije šteje za evolucijsko, jo je treba prenašati iz generacije v generacijo.

Znanstvene teorije evolucije

Človek že od nekdaj čuti notranjo radovednost o nastanku življenja in obstoju ogromne raznolikosti, ki jo predstavljajo organska bitja.

Ker je britanski naravoslovec Charles Darwin (1809-1882) pomembno vplival na razvoj te znanosti, bomo preučili teorije, predlagane pred in po njegovih prispevkih.

Pred Darwinom: kreacionizem in nespremenljivost vrst

Pred Darwinom je za naravoslovce in druge znanstvenike značilno kreacionistično razmišljanje o izvoru vrst.

Obravnavali smo esencialistične vizije, pri katerih je imela vsaka vrsta nespremenljivo bistvo in variacije, ki smo jih opazili v skupini, so bile posledica samo nepopolnosti bivanja. S to zasnovo so se ravnali v času Platona in Aristotela.

Čas pozneje so kristjani začeli dobesedno razlagati odlomke Biblije, razumejoč, da so bila v enem samem dogodku organska bitja nadnaravna entiteta. Ta zasnova ni dopuščala sprememb vrst sčasoma, saj so bile ustvarjene pod božansko popolnostjo.

V 18. stoletju je bil cilj naravoslovcev katalogizirati božji načrt, ki ga je ustvaril Bog. Linnaeus je na primer s tem razmišljanjem postavil temelje sedanji taksonomiji.

Pozneje so to mnenje izzvali različni misleci. Najpomembnejšo predarvinistično teorijo tistega časa je oblikoval Jean Baptiste Lamarck. Zanj je vsaka vrsta nastala posamično s pomočjo spontane generacije in je lahko sčasoma "napredovala" ali se izboljševala.

Eno najpomembnejših načel, ki jih je vzpostavil Lamarck, je bilo dedovanje pridobljenih likov. Ta naravoslovec je verjel, da lahko različne lastnosti, ki jih pridobimo v svojem življenju, prenesemo na naše potomce.

Na primer, Lamarkianov pogled je moral imeti bodybuilder, ki trdo dela vse svoje mišične skupine, otroke z razvitimi mišicami. Enako načelo bi veljalo tudi pri uporabi organov.

Prispevki Darwina in Wallacea k evolucijski biologiji: naravna selekcija

Ime Charlesa Darwina se pojavlja v večini besedil iz biologije, ne glede na njegovo posebnost. Darwin je v neverjetni meri spremenil biologijo in znanost na splošno - primerljivo z Newtonovimi prispevki.

Darwin je v mladosti ohranil misel, zvest biblijskim naukom. Vendar pa je Darwin v spremstvu religiozne misli izrazil zanimanje za naravoslovne vede, zato se je obkrožil z najbolj sijajnimi znanstvenimi umi trenutka.

Potovanje na Beagle

Darwinovo življenje se je spremenilo, ko je že v zgodnji mladosti začel potovanje na krovu britanske ladje HMS Beagle, ki je raziskovala različne regije Južne Amerike. Po potovanju, ki je trajalo nekaj let, je Darwin opazoval in zbral ogromno raznolikosti južnoameriške favne in flore.

Zahvaljujoč svojim optimalnim finančnim razmeram je Darwin lahko svoje življenje posvetil izključno delu v bioloških znanostih. Po obsežnih meditacijah - in tudi predavanjih o ekonomiji - je Darwin ustvaril svojo teorijo naravne selekcije.

Naravna selekcija je preprosta in močna ideja, saj je pomemben evolucijski mehanizem - čeprav ne edini, kot bomo videli kasneje.

Te ideje ni izključno sprejel Darwin. Mladi naravoslovec Alfred Wallace je samostojno izšel z zelo podobnimi idejami. Wallace je komuniciral z Darwinom in oba sta skupaj predstavila teorijo evolucije z naravno selekcijo.

Izvor vrst

Kasneje Darwin predstavi svojo mojstrovino: "Izvor vrst", ki podrobno in z trdnimi dokazi razgrne njegovo teorijo. Ta knjiga ima šest izdaj, nad katerimi je Darwin delal vse življenje.

Teorija naravne selekcije drži, da bo v primeru populacije posameznikov prišlo do različnih uporabnih in dednih sprememb, bo prišlo do diferencirane reprodukcije med lastniki značilnosti. Te bodo nagnile več potomcev, s čimer se bo povečala pogostost lastnosti pri populaciji.

Poleg tega je Darwin predlagal tudi skupne prednike: vse vrste so se v evolucijskem času oddaljile od skupnega prednika. Tako so v velikem drevesu življenja lahko zastopana vsa organska bitja.

Po Darwinu: ne-darvinizem in sinteza

Takoj po objavi "Porekla" je med najpomembnejšimi znanstveniki takrat izbruhnila velika polemika. Ker pa so leta minila, je bila teorija postopoma sprejeta.

Bili so biologi, ki nikoli niso sprejeli darvinskih idej, zato so generirali lastne evolucijske teorije, danes skoraj popolnoma diskreditirane. Primeri tega so neo-lamarkizem, ortogeneza in mutatizem.

Med 30. in 40. leti so bile vse protitarvinske teorije zavržene s pojavom evolucijske sinteze. To je bilo sestavljeno iz združitve darvinskih idej s prispevki vrste genetikov in paleontologov, kot so Fisher, Haldane, Mayr in Wright.

Sintezo je uspelo poenotiti evolucijske teorije s pravilnimi genetskimi načeli, saj je bila ena od težav, ki jih je imel Darwin med svojim delom, nepoznavanje genov kot delcev dednosti.

Dokazi za evolucijo: le teorija?

Danes je biološka evolucija dejstvo, podkrepljeno s trdnimi in obilnimi dokazi. Čeprav biologi ne dvomijo v resničnost procesa, v vsakdanjem življenju slišimo, da je evolucija "le teorija" - s pejorativnimi konotacijami.

To nerazumevanje izhaja iz dejstva, da ima izraz "teorija" v znanosti in v vsakdanjem življenju različne pomene. Za večino ljudi je teorija negotova napoved dejstva, za katero je značilen šibek temelj. Za znanstvenika je teorija telo skladnih in pravilno strukturiranih idej.

Po tem vrstnem redu idej lahko sklepamo, da je evolucija dejstvo in obstajajo mehanizmi za njihovo razlago, na primer teorija naravne selekcije. Najpomembnejši dokazi evolucijskega procesa so naslednji.

Homologija

Dva procesa ali strukture sta homologna, če je navedena lastnost podedovana neposredno od skupnega prednika. V evolucijski biologiji je homologija temeljna točka, saj so edine značilnosti, ki nam omogočajo, da rekonstruiramo odnose prednikov in potomcev med skupinami.

Morfološke homologije

Zelo znan primer homologije so okončine kosti tetrapod. Vzemimo tri živali, ki se razlikujejo po načinu gibanja, da bi razumeli, zakaj je homologija močan dokaz evolucijskega procesa: ljudje, kiti in netopirji.

Te tri skupine imajo osnovni strukturni načrt v prednjih nogah, saj so ga podedovale od skupnega prednika. Se pravi, predni tetrapod je imel nadlahtnico, sledila sta ji polmer in zadnjik ter na koncu vrsta falang.

Ni funkcionalnega razloga, da bi morale tri živali s tako različnimi življenjskimi navadami imeti isti načrt kosti v okončinah.

Če bi bilo življenje zasnovano, ni razloga, da bi zgradili vodni, leteči in kopenski organizem z istim načrtom. Noben inženir - ne glede na to, kako neizkušen - ne bi ustvaril letečega in plavalnega organizma na enak način.

Najbolj logičen način, da to razložimo, je s skupnimi predniki. Vsi trije so ta strukturni načrt podedovali od prednika in so doživeli prilagoditvene spremembe, ki jih vidimo danes: krila, plavuti in roke.

Molekularne homologije

Homologije niso omejene na anatomske značilnosti živega bitja. Zaznamo jih lahko tudi na molekularni ravni. Genetske informacije živih bitij so shranjene v DNK in so prevedene v obliki trojčkov: tri nukleotide ustrezajo eni aminokislini.

Univerzalna molekularna homologija je branje tega genetskega koda, saj praktično vsa organska bitja delijo ta jezik - čeprav obstajajo zelo specifične izjeme.

Zapis o fosilih

Ko Darwin predlaga svojo teorijo naravne selekcije, trdi, da v zapisu o fosilih niso prisotne vse postopne prehodne oblike, ker je nepopolna. Nasprotno pa nasprotniki darvinskih idej diskontinuitetnost zapisa vidijo kot dokaz proti teoriji.

Ne smemo pozabiti, da je postopek fosilizacije organskega bitja malo verjeten dogodek, skupaj z verjetnostjo, da je bil vzorec v dobrem stanju. Zaradi tega je v zapisu o fosilih predstavljenih manj kot 1% vseh oblik, ki so kdajkoli živeli.

Kljub temu so našli zelo dobro ohranjene fosile, ki služijo kot "okno v preteklost". Eden najbolj znanih je Archeopteryx. V tem fosilu izstopajo vmesne značilnosti plazilca in ptice. Prav tako imamo več hominidnih fosilov, ki so nam omogočili rekonstrukcijo evolucije ljudi.

Predlagane so bile nekatere alternativne teorije, ki pojasnjujejo prekinitev registra, na primer teorija določenega ravnovesja.

Biogeografija

Čeprav evolucijo podpirajo dokazi iz mnogih vej znanja, je biogeografija prepričala Darwina o resničnosti evolucijskega procesa.

Porazdelitev živih organizmov na planetu Zemlja ni homogena in številne vidike tega vzorca je mogoče razložiti z evolucijsko teorijo - in ne s posebno hipotezo o ustvarjanju.

Ko pregledamo favno oceanskih otokov (izolirani elementi, ki nikoli niso imeli stika s celino), ugotovimo, da je vrsta vrst zelo svojevrstna. To je na primer mogoče opaziti na otokih, ki se nahajajo v severnem Atlantiku, imenovani Bermudski otoki.

Vretenčarjev (razen morskih), ki so domačini na tem območju, je zelo malo, med drugim predvsem ptice, selitveni netopirji in kuščarji. Nekatere od teh vrst kažejo pomembno povezanost s favno Severne Amerike. Drugi pa so otoški endemični in jih ni v nobeni drugi regiji.

Ta vzorec distribucije je združljiv z evolucijskimi procesi, saj je območje posebej kolonizirano z živalmi, ki lahko letijo in razpršijo velike razdalje.

Evolucija v akciji: primer evolucije

Drugo nerazumevanje v evolucijski biologiji je, da je povezano z izjemno počasnim procesom.

Čeprav je res, da bi za pridobitev zapletenih prilagoditev, kot so močne čeljusti ali oči z odličnim vidom, morali počakati nekaj milijonov let, pa obstajajo določeni evolucijski procesi, ki jih z lastnimi očmi lahko opazujemo v razmeroma kratkem času.

Nato bomo analizirali primer mola Biston betularia kot primer evolucije v akciji. Kasneje bomo govorili o odpornosti na antibiotike in pesticide, še en primer evolucije, ki ga lahko opazimo v kratkem času.

Industrijski melanizem in

Eden najvidnejših primerov evolucijske biologije je industrijski melanizem. Ta pojav je bil dokumentiran med industrijsko revolucijo in je uspel vzpostaviti razmerje med različno obarvanostjo molja Biston betularia in kontaminacijo njegovega habitata.

Molj ima dve morfologiji: eno svetlo in eno temno. Pred kontaminacijo je bila prevladujoča varianta lahki molj, predvidoma zato, ker je sesedel na svetlobnem lubju brezovih dreves in je lahko opazil potencialne plenilce - ptice.

S prihodom industrijske revolucije se je onesnaževanje povečalo na pomembne ravni. Lubje dreves je začelo dobivati ​​vse bolj temno barvo in to je povzročilo spremembo frekvence svetle in temne različice moljev.

Temni molj je bil nekaj časa prevladujoča varianta, saj se je lahko bolje skrival v zatemnjenem lubju.

Nato so bili izvedeni programi čiščenja okolja, ki so pomagali zmanjšati onesnaževanje okolja. Zaradi učinkovitosti teh programov so drevesa začela dobivati ​​prvotno značilno barvo.

Kot lahko ugibamo, se je pogostost moljev spet spremenila, pri čemer je bila jasna različica prevladujoča. Tako je bil evolucijski proces dokumentiran v obdobju 50 let.

Mehanizmi evolucije

Biološka evolucija je postopek, ki vključuje dva koraka: generiranje variacij in nato diferencialno razmnoževanje variacij bodisi z naravno selekcijo bodisi z genskim premikom. Zaradi tega se izraza naravna selekcija in evolucija ne smeta uporabljati zamenljivo - ker nista.

Z vidika populacijske genetike je evolucija sprememba alelnih frekvenc s časom znotraj populacije. Tako so sile, ki spreminjajo alelne frekvence, izbira, odnašanje, mutacija in selitev.

Naravna selekcija

Kot smo že omenili, je Darwinov največji prispevek k biologiji predlagal teorijo naravne selekcije. To so mediji močno napačno razlagali in napačno predstavljali, kar je povezano z napačnimi stavki, kot so: "preživetje najmočnejših."

Pogoji za naravno selekcijo

Naravna izbira je preprosta ideja, z veličastnimi rezultati. Če sistem izpolnjuje naslednje značilnosti, se bo neizogibno razvil z naravno selekcijo:

Aplikacije za evolucijsko biologijo

Evolucijska biologija ima številne aplikacije, tako za medicino, kmetijstvo, naravovarstveno biologijo kot za druge vede.

Zdravilo

Teorija evolucije je bistvena znanost na področju medicine. Na primer nam omogoča napovedati izid neselektivne uporabe antibiotikov za zdravljenje nalezljivih bolezni.

Ko antibiotik nanesemo po nepotrebnem ali ne dokončamo zdravljenja, bomo odpravili neobčutljive različice, vendar bodo odporni posamezniki povečali svojo pogostost v populaciji bakterij.

Trenutno je vprašanje odpornosti bakterij na večino antibiotikov tema svetovnega interesa in skrbi. Ozaveščanje o uporabi antibiotikov je eden od načinov za zmanjšanje tega zapleta.

Na primer, bakterija Staphylococcus aureus je pogosta v operacijskih dvoranah in povzroča okužbe pri bolnikih med operacijami.

Danes so bakterije popolnoma odporne na številne antibiotike, kot so penicilin, ampicilin in sorodna zdravila. Čeprav so za boj proti temu nastali novi antibiotiki, so zdravila vedno manj učinkovita.

Kriza upora je eden najbolj dramatičnih primerov evolucije, ki ga lahko opazujemo na lastne oči, zato služi tudi kot dokaz evolucijskega procesa.

Kmetijstvo in živinoreja

Enako evolucijsko načelo je mogoče ekstrapolirati z uporabo pesticidov za odstranjevanje škodljivcev, na poljščinah, ki imajo pomemben gospodarski pomen. Če se ista vrsta pesticidov uporablja dlje časa, bomo dali prednost povečanju odpornih različic.

Prav tako si kmetje prizadevajo pridobiti "najboljše" živali, ki bodo čim bolj povečale proizvodnjo (mleka, mesa itd.). Ti rančarji izberejo posameznike, ki se jim zdijo uporabni v praktičnem smislu. Ko generacije minevajo, posamezniki vse bolj spominjajo na tisto, kar si želijo ljudje.

Ta proces umetne selekcije ljudi spominja na naravno selektivno selektivnost v smislu reproduktivne reproduktivne uspešnosti. Z opazno razliko, da v naravi ni selektorske enote.

Konzervacijska biologija

Kar zadeva vprašanja ohranjanja, razumevanje pojavov, kot so "ozka grla" in zmanjšanje kondicije, ki jih povzroča križanje, omogoča, da se jim izognemo in ustvarimo konzervacijske načrte, ki povečujejo kondicijo in ohranjajo populacijo "zdravo".

Reference

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologija: znanost in narava. Pearsonova vzgoja.
2. Darwin, C. (1859). O izvoru vrst z naravno selekcijo. Murray
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolucijska analiza Dvorana Prentice.
4. Futuyma, DJ (2005). Evolucija Sinauer.
5. Hall, BK (ur.). (2012). Homologija: Hierarhična osnova primerjalne biologije. Akademski tisk.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirana načela zoologije. McGraw-Hill.
7. Kardong, KV (2006). Vretenčarji: primerjalna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
8. Kliman, RM (2016). Enciklopedija evolucijske biologije. Akademski tisk.
9. Losos, JB (2013). Princeton vodnik k evoluciji. Princeton University Press.
10. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell Biology. Pearson.
11. Rice, SA (2009). Enciklopedija evolucije. Založništvo Infobase
12. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologija: Dinamična znanost. Nelson Education.
13. Soler, M. (2002). Evolucija: osnova biologije. Projekt Jug.
14. Starr, C., Evers, C., in Starr, L. (2010). Biologija: koncepti in aplikacije brez fiziologije. Cengage Learning.
15. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Homoplazija: od zaznavanja vzorca do določanja procesa in mehanizma evolucije. Znanost, 331 (6020), 1032-1035.