Ewolucja biologiczna definiuje się jako jakąkolwiek zmianę genetyczną w populacji, która zachodzi w ciągu kilku pokoleń. Zmiany te mogą być małe lub duże, bardzo zauważalne lub nieistotne.
Aby wydarzenie można było uznać za przykład ewolucji, zmiany muszą nastąpić na poziomie genetycznym gatunku i zostać przekazane z pokolenia na pokolenie. Oznacza to, że, a dokładniej, allele w populacji zmieniają się i są przekazywane dalej. Zmiany te są odnotowane w (wyraźnych cechach fizycznych, które można zobaczyć) populacji.
Zmiana poziom genetyczny populacji definiuje się jako zmianę na małą skalę i nazywa się ją mikroewolucją. Ewolucja biologiczna obejmuje również pogląd, że wszystkie żywe organizmy są ze sobą powiązane i mogą pochodzić od wspólnego przodka. Nazywa się to makroewolucją.
Co nie jest ewolucją biologiczną?
Ewolucja biologiczna nie determinuje prostych zmian organizmów w czasie. Wiele żywych istot doświadcza z biegiem czasu zmian, takich jak utrata lub zwiększenie rozmiaru. Zmiany te nie są uważane za przykłady ewolucji, ponieważ nie mają charakteru genetycznego i nie można ich przekazać następnemu pokoleniu.
Teoria ewolucji
Jak powstaje różnorodność genetyczna w populacji?
Rozmnażanie płciowe może stworzyć korzystne kombinacje genów w populacji lub usunąć niekorzystne.
Populacja o korzystniejszych kombinacjach genetycznych przeżyje w swoim środowisku i będzie rozmnażać więcej potomstwa niż osobniki o mniej korzystnych kombinacjach genetycznych.
Ewolucja biologiczna i kreacjonizm
Teoria ewolucji od samego początku budziła kontrowersje, które trwają do dziś. Ewolucja biologiczna zaprzecza religii w kwestii potrzeby boskiego stwórcy. Ewolucjoniści argumentują, że ewolucja nie rozwiązuje kwestii istnienia Boga, ale raczej próbuje wyjaśnić, w jaki sposób zachodzą naturalne procesy.
Nie da się jednak uciec od faktu, że ewolucja zaprzecza niektórym aspektom niektórych przekonań religijnych. Na przykład ewolucyjny opis istnienia życia i biblijny opis stworzenia są zupełnie różne.
Ewolucja sugeruje, że całe życie jest ze sobą powiązane i można je prześledzić od jednego wspólnego przodka. Dosłowna interpretacja biblijnego stworzenia sugeruje, że życie zostało stworzone przez wszechmocną istotę nadprzyrodzoną (Boga).
Jednak inni próbowali połączyć te dwie rzeczy, argumentując, że ewolucja nie wyklucza możliwości istnienia Boga, ale po prostu wyjaśnia proces, w wyniku którego Bóg stworzył życie. Jednak pogląd ten w dalszym ciągu stoi w sprzeczności z dosłowną interpretacją twórczości przedstawioną w Biblii.
W większości ewolucjoniści i kreacjoniści zgadzają się, że mikroewolucja istnieje i jest widoczna w przyrodzie.
Jednakże makroewolucja odnosi się do procesu ewolucji zachodzącego na poziomie gatunku, podczas którego jeden gatunek ewoluuje z innego gatunku. Stanowi to ostry kontrast z biblijnym poglądem, że Bóg był osobiście zaangażowany w powstawanie i stwarzanie żywych organizmów.
Na razie debata na temat ewolucji/kreacjonizmu trwa i wydaje się, że jest mało prawdopodobne, aby różnice między tymi dwoma poglądami zostały w najbliższym czasie rozwiązane.
Jeśli znajdziesz błąd, zaznacz fragment tekstu i kliknij Ctrl+Enter.
Ewolucja biologiczna jest rozwojem historycznym organiczny świat. Słowo „ewolucja” pochodzi z łaciny i przetłumaczone oznacza „rozwijanie się”. w szerokim znaczeniu- wszelkie zmiany, rozwój, transformacje. W biologii słowo „ewolucja” zostało po raz pierwszy użyte w 1762 roku przez szwajcarskiego przyrodnika i filozofa C. Bonneta.
Życie powstało na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu. Poprzednikami pierwszych organizmów były złożone organiczne związki białkowe, które tworzyły galaretowate grudki, tzw. kropelki koacerwatu. Krople te, unoszące się w pierwotnym oceanie, mogły rosnąć, absorbując je środowisko różny składniki odżywcze. Rozpadały się na kropelki potomne, z których doskonalsze istniały dłużej. Struktura koacerwatów stopniowo stawała się coraz bardziej złożona, tworzyły jądro i inne elementy żywej komórki. Tak pojawiły się najprostsze organizmy jednokomórkowe.
Mijały tysiąclecia, a w wyniku doboru naturalnego struktura istot żywych stawała się coraz lepsza. Niektóre z tych najprostszych organizmów rozwinęły zdolność pochłaniania energii promień słońca i buduj w swoim ciele z dwutlenek węgla i woda materia organiczna. Tak powstały pierwsze rośliny jednokomórkowe – sinice.
Inne żywe istoty zachowały ten sam sposób odżywiania, ale rośliny pierwotne zaczęły służyć im jako pożywienie. To były pierwsze zwierzęta.
Następnie, w wyniku ewolucji, pierwszy Organizmy wielokomórkowe-gąbki, archeocyjaty (wymarłe bezkręgowce), koelenteraty. Stopniowo świat roślin i zwierząt stawał się coraz bardziej złożony i różnorodny, a one także zaludniały ziemię.
Na podstawie ich skamieniałych szczątków – odcisków palców, skamieniałych szkieletów – naukowcy ustalili, co to jest starożytne organizmy, im prościej są one ułożone. Im bliżej naszych czasów, tym bardziej złożone stają się organizmy i coraz bardziej podobne do współczesnych.
W wyniku rozwoju świata organicznego, Wyższe rośliny i wysoce zorganizowane zwierzęta. Od ssaków - skamieniałości wielkie małpy- wydarzył się mężczyzna.
To jest krótki zarys ewolucja życia na naszej planecie.
Ewolucja jest jedną z form ruchu w przyrodzie. Nieustannie i stopniowo prowadzi to do wysokiej jakości i zmiany ilościowe organizmy żywe, na które są narażone przyroda nieożywiona, a także inne organizmy.
Badanie przyczyn i wzorców ewolucji w biologii jest nauką o ewolucji, kompleksem wiedzy o historycznym rozwoju żywej przyrody. Podstawą tej doktryny jest teoria ewolucji.
Nawet filozofowie starożytnego świata - Empedokles, Demokryt, Lukrecjusz Carus i inni - wyrażali błyskotliwe domysły na temat rozwoju życia. Minęło jednak jeszcze wiele wieków, zanim nauka zgromadziła wystarczającą ilość faktów, które pozwoliły naukowcom odkryć zmienność gatunków, a następnie stworzyć teorię wyjaśniającą proces ewolucyjny zachodzący w przyrodzie.
W drugiej połowie XVIII – pierwszej połowie XIX wieku. J. Buffon i E. J. Saint-Hilaire we Francji, E. Darwin w Anglii, J. V. Goethe w Niemczech, M. V. Łomonosow, A. I. Radishchev, A. A. Kaverznev, K. F. Roulier w Rosji i inni stworzyli doktrynę zmienności gatunków zwierząt i roślin, która zaprzeczały nauce Kościoła o ich stworzeniu przez Boga i niezmienności. Nie wzięli jednak pod uwagę przyczyn, które doprowadziły do tych zmian.
Pierwsza próba stworzenia teoria ewolucji wykonał francuski przyrodnik J. B. Lamarck (1744-1829). W swoim dziele „Filozofia zoologii” (1809) nakreślił holistyczną teorię pochodzenia gatunków, nie potrafił jednak poprawnie wyjaśnić, na czym polega siły napędowe rozwój świata organicznego.
Prawdziwie naukową teorię ewolucji stworzył angielski przyrodnik Karol Darwin. Zostało to przedstawione w książce „Pochodzenie gatunków drogą doboru naturalnego, czyli zachowanie preferowanych ras w walce o życie”, 1859). Darwinowi udało się zidentyfikować siły napędowe – czynniki procesu ewolucyjnego. To nieokreślona zmienność, walka o byt, dobór naturalny.
W wyniku walki o byt przeżywają organizmy najlepiej przystosowane do warunków życia, natomiast te słabiej przystosowane, słabe są eliminowane z rozrodu lub giną. Dzięki doborowi naturalnemu kumulują się korzystne zmiany dziedziczne i sumują się u roślin i zwierząt, a także powstają nowe adaptacje.
Najważniejsza jest walka o byt i dobór naturalny czynniki napędzające ewolucji, są one ze sobą powiązane. Determinują dalsze istnienie organizmu. W procesie ewolucji biologicznej zwiększa się liczba gatunków organizmów żywych. Powstawanie nowych gatunków w przyrodzie - najważniejszy etap w procesie ewolucji.
W wyniku procesu ewolucyjnego zmienia się skład genetyczny populacji, przekształcają się biocenozy i biosfera jako całość.
Doktryna ewolucyjna a jej rdzeniem jest biologiczna teoria ewolucji - podstawa współczesnej biologii postępowej.
Ewolucja jest procesem rozwój historyczny organiczny świat. Istotą tego procesu jest ciągła adaptacja istot żywych do różnorodnych i stale zmieniających się warunków środowiskowych oraz rosnąca z biegiem czasu złożoność organizacji istot żywych. W toku ewolucji następuje przemiana jednego gatunku w inny.
Najważniejsze w teorii ewolucji– idea rozwoju historycznego z porównawczo proste kształtyżycie na bardziej zorganizowane. Podstawy naukowej, materialistycznej teorii ewolucji położyli wielcy Angielski przyrodnik Karol Darwin. Przed Darwinem w biologii dominowała głównie błędna koncepcja historycznej niezmienności gatunków, że jest ich tyle, ile stworzył Bóg. Jednak jeszcze przed Darwinem najbardziej wnikliwi biolodzy rozumieli niespójność religijnych poglądów na przyrodę, a niektórzy z nich w sposób spekulacyjny doszli do idei ewolucyjnych.
Najwybitniejszym przyrodnikiem i poprzednikiem Karola Darwina był słynny francuski naukowiec Jean Baptiste Lamarck. W jego słynna książka„Filozofia zoologii” udowodnił zmienność gatunków. Lamarck podkreślał, że stałość gatunków jest zjawiskiem jedynie pozornym, wiąże się z krótkim czasem obserwacji gatunków. Wyższe formyżycie, zdaniem Lamarcka, powstało od istot niższych w procesie ewolucji. Doktryna ewolucyjna Lamarcka nie była wystarczająco przekonująca i nie zyskała szerokiego uznania wśród jego współczesnych. Dopiero po wybitnych dziełach Karola Darwina idea ewolucji została powszechnie zaakceptowana.
Współczesna nauka zna wiele faktów potwierdzających istnienie procesu ewolucyjnego. Są to dane z biochemii, embriologii, anatomii, systematyki, biografii, paleontologii i wielu innych dyscyplin.
Dowody embriologiczne– podobieństwo etapów początkowych rozwój zarodkowy Zwierząt. Badając embrionalny okres rozwoju różnych grup, K. M. Baer odkrył podobieństwo tych procesów u różnych grup organizmów, zwłaszcza we wczesnych stadiach rozwoju. Później, w oparciu o te wnioski, E. Haeckel wyraża pogląd, że to podobieństwo ma znaczenie ewolucyjne i na jego podstawie formułuje się „prawo biogenetyczne” - ontogeneza jest krótkim odzwierciedleniem filogenezy. Każdy osobnik w swoim indywidualnym rozwoju (ontogenezie) przechodzi przez etapy embrionalne form przodków. Tylko nauka wczesne stadia Rozwój zarodka jakiegokolwiek kręgowca nie pozwala nam dokładnie określić, do której grupy należy. Różnice powstają na późniejszych etapach rozwoju. Jak bliższa grupa, do których należą badane organizmy, tym dłużej wspólne cechy zostaną zachowane w embriogenezie.
Morfologiczne– wiele form łączy w sobie cechy kilku dużych jednostki systematyczne. Badając różne grupy organizmów, staje się oczywiste, że pod wieloma względami są one zasadniczo podobne. Na przykład budowa kończyny u wszystkich czworonożnych zwierząt opiera się na kończynie pięciopalczastej. Ta podstawowa struktura to różne rodzaje przekształcił się z powodu różne warunki istnienie: jest to kończyna zwierzęcia z rodziny koniowatych, która podczas chodzenia opiera się tylko na jednym palcu, płetwa ssaka morskiego, kopająca kończyna kreta i skrzydło nietoperza.
Narządy zbudowane według jednego planu i rozwijające się z pojedynczych podstaw nazywane są homologicznymi. Narządy homologiczne same w sobie nie mogą służyć jako dowód ewolucji, ale ich obecność wskazuje na pochodzenie podobnych grup organizmów od wspólnego przodka. Uderzający przykład ewolucja służy obecności szczątkowe narządy i atawizmy. Narządy, które utraciły swoje pierwotne pochodzenie, nazywane są szczątkowymi. funkcja początkowa, ale utrzymują się w organizmie. Przykłady podstaw obejmują: u ludzi, który pełni funkcję trawienną u ssaków przeżuwaczy; kości miednicy węży i wielorybów, które nie pełnią dla nich żadnej funkcji; kręgi guziczne u ludzi, które są uważane za podstawy ogona, jaki mieli nasi odlegli przodkowie. nazwać manifestacją w organizmach struktur i narządów charakterystycznych dla form przodków. Klasyczne przykłady Atawizmy to u ludzi wielosutki i ogonowość.
Paleontologiczny– szczątki kopalne wielu zwierząt można ze sobą porównać i wykryć podobieństwa. Na podstawie badania szczątków kopalnych organizmów i porównania z formami żywymi. Mają swoje zalety i wady. Do zalet należy możliwość zobaczenia na własne oczy, jak zmieniała się ta grupa organizmów różne okresy. Wadą jest to, że dane paleontologiczne są bardzo niekompletne z wielu powodów. Należą do nich takie jak szybkie rozmnażanie martwych organizmów przez zwierzęta żywiące się padliną; organizmy o miękkich ciałach są wyjątkowo słabo zachowane; i wreszcie, że odkrywana jest tylko niewielka część pozostałości kopalnych. W związku z tym istnieje wiele luk w danych paleontologicznych, które są głównym przedmiotem krytyki przeciwników teorii ewolucji.
Natura cały czas się udoskonala. Ale zmiany ewolucyjne postępować niezwykle powoli. Oczywiście w porównaniu z życiem ludzkim. Dopiero przez miliardy lat istnienia Ziemi natura była w stanie osiągnąć taką doskonałość i różnorodność życia, jaką widzimy obecnie.
Darwin zasugerował, że siłami napędowymi ewolucji, czyli czynnikami wpływającymi na rozwój przyrody żywej, są:
- dziedziczność i zmienność osobników jednego gatunku;
Dziedziczność i zmienność
Wiadomo, że osobniki tego samego gatunku są podobne, ale wciąż nie takie same. Różnią się nieznacznie wyglądem i Struktura wewnętrzna, zachowanie. Różnice te mogą mieć wpływ na możliwość przeżycia. Więcej szans te osobniki, które przeżywają i pozostawiają potomstwo, mają cechy które odpowiadają siedlisku. Zmiany te mogą zostać odziedziczone przez potomstwo. W rezultacie liczba osobników o takich cechach wzrasta w następnym pokoleniu.
Walka o byt
Naturalna selekcja
Walka o byt prowadzi do doboru naturalnego - preferencyjnego przetrwania i reprodukcji lepiej przystosowanych osobników gatunku oraz śmierci mniej przystosowanych.
Działanie doboru naturalnego na przestrzeni wielu pokoleń prowadzi do akumulacji małych przydatnych zmian dziedzicznych i powstawania adaptacji organizmów do środowiska.
Jeż, mieszkaniec europejskich lasów, ma ostre kolce, które służą jako ochrona przed drapieżnikami. Ich pojawienie się jest wynikiem doboru naturalnego. Nawet lekkie stwardnienie skóry może pomóc przetrwać odlegli przodkowie jeż Przez wiele pokoleń w walce o byt przewagę miały jednostki z bardziej rozwiniętymi kolcami. To oni mogli pozostawić potomstwo i przekazać im swoje dziedziczne zmiany. Stopniowo nowe, przydatne cechy rozprzestrzeniają się w obrębie gatunku i u wszystkich osobników Jeż europejski stali się właścicielami cierni.
Gra aktorska długi czas siły napędowe ewolucji prowadzą do powstawania przystosowań organizmów żywych do różnych warunków środowiskowych, do przekształcenia jednych gatunków w inne, do pojawienia się bardziej złożonych form życia na bazie prostszych.
Adaptacja (adaptowalność)
Adaptacje to cechy organizmów żywych, dzięki którym istnieją one w przyrodzie. Przydatne cechy, powstające u poszczególnych organizmów na skutek zmienności, pomagają im przetrwać w walce o byt. Cechy te zostają zachowane w wyniku doboru naturalnego i dziedziczone przez potomków. Tak więc z pokolenia na pokolenie cechy zwierząt i roślin stopniowo zmieniają się dla nich na lepsze. zmiany ewolucyjne. I dlatego wszystkie żywe organizmy są tak dobrze przystosowane do warunków, w jakich żyją.
Specjacja
Specjacja jest wynikiem ewolucji. W ciągu wielu pokoleń populacja może zostać odizolowana od innych populacji danego gatunku (np. znajdujących się w dużej odległości od nich). Działając przez długi czas, dobór naturalny prowadzi do nawarstwiania się wielu różnic pomiędzy izolowanymi populacjami a innymi populacjami.
W rezultacie osobniki z różnych populacji tracą zdolność do krzyżowania się i rodzenia potomstwa. Pojawienie się barier biologicznych nie do pokonania prowadzi do procesu specjacji.
Specjacja doprowadziła do powstania dwóch typów lisów – lisa pospolitego i lisa korsakowego. Na północy dobór naturalny sprzyjał przetrwaniu największych osobników (niż większy rozmiar ciało, tym mniej ciepła traci ciało). W rezultacie powstał gatunek lisa pospolitego. Przeciwnie, w regionach południowych dobór naturalny miał na celu zachowanie najmniejszych osobników (niż mniejszy rozmiar ciała, tym więcej ciepła ciało oddaje bez przegrzania). W rezultacie powstał gatunek lisa Corsac.
Do tej pory ewolucja biologiczna została w pełni potwierdzona na podstawie fakty naukowe, zgromadzone w różne branże nauki biologiczne. Dowody ewolucji opierają się na badaniach porównawczych struktury zewnętrznej i wewnętrznej, rozwoju i procesów życiowych współczesnych przedstawicieli starożytne wymarłe gatunki. W tym celu istnieją naukowe metody cytologiczne,
Naturalne zjawisko zmian populacji, gatunków, taksonów wyższych, biocenoz, flory i fauny, genów i cech charakterystycznych na przestrzeni czasu w historii Ziemi.
Naukowe teorie ewolucji wyjaśniają, jak zachodzi ewolucja i jakie są jej mechanizmy.
ogólna charakterystyka
Ściśle mówiąc, ewolucja biologiczna to proces zmian zachodzących w czasie cechy dziedziczne lub zachowanie populacji organizmów żywych. Dziedziczne kamienie milowe są kodowane w materiale genetycznym organizmu (zwykle w DNA). Ewolucja, zgodnie z syntetyczną teorią ewolucji, jest przede wszystkim konsekwencją trzech procesów: przypadkowych mutacji materiału genetycznego, losowych odchyleń genetycznych (ang. dryf genetyczny) a nie losowy dobór naturalny w obrębie grup i gatunków.
Dobór naturalny, jeden z procesów rządzących ewolucją, wynika z różnic w szansach reprodukcji pomiędzy osobnikami w populacji. Wynika to z konieczności z następujących faktów:
- Naturalne, dziedziczne zróżnicowanie występuje w obrębie grup i gatunków
- Organizmy są nadprzyrodzone (liczba potomstwa przekracza granicę gwarantowanego przeżycia)
- Organizmy mają doskonałą zdolność do przetrwania i regeneracji
- W każdym pokoleniu ci, którzy rozmnażają się pomyślnie, z konieczności przekazują swoje cechy dziedziczne następnemu pokoleniu, podczas gdy reproduktorzy, którym się nie powiodło, tego nie robią.
Jeśli cechy zwiększają ewolucyjną sprawność osobników, które je noszą, wówczas prawdopodobieństwo przeżycia i rozmnażania się tych osobników jest większe niż innych organizmów w populacji. W ten sposób przekazują następnemu pokoleniu więcej kopii pomyślnie odziedziczonych cech. Odpowiedni spadek sprawności spowodowany szkodliwymi produktami prowadzi do ich istnienia. Z biegiem czasu może to prowadzić do adaptacji: stopniowego gromadzenia nowych (i zachowania istniejących), które generalnie dostosowują populację organizmów żywych do ich środowiska i niszy ekologicznej.
Chociaż dobór naturalny nie jest przypadkowy w swoim działaniu, inne siły kapryśne tak silny wpływ na procesie ewolucji. W organizmach rozmnażających się płciowo przypadkowa zmienność genetyczna prowadzi do zmian dziedzicznych, które stają się dość powszechne po prostu przez przypadek i przypadkowe kojarzenie. Na ten bezcelowy proces może mieć wpływ dobór naturalny pewne sytuacje(szczególnie w małych grupach).
W różnych środowiskach dobór naturalny, przypadkowe zmiany genetyczne i odrobina przypadkowości w mutacjach, które pojawiają się i utrzymują, mogą powodować różne grupy(lub części grupy) ewoluują w różnych kierunkach. Przy wystarczającej liczbie sporów dwie grupy organizmów rozmnażających się płciowo mogą stać się na tyle różne, aby mogły się uformować indywidualny pogląd, zwłaszcza jeśli utracona zostanie zdolność do międzygatunkowego krzyżowania się między dwiema grupami.
Eksperymenty pokazują, że wszystkie żywe organizmy na Ziemi mają wspólnego przodka. Wniosek ten wyciągnięto na podstawie całkowitej obecności L-aminokwasów w białkach, obecności całkowitej kod genetyczny u wszystkich istot żywych możliwość klasyfikacji poprzez dziedziczenie na kategorie, zagnieżdżenie, homologię sekwencji DNA i wspólność procesów biologicznych.
Choć pierwsze wzmianki o idei ewolucji pochodzą z czasów niedawnych, nowoczesna forma nabyła w pismach Alfreda Wallace’a i Karola Darwina w ich wspólnym artykule wygłoszonym w Towarzystwie Linneuszowskim w Londynie (Linnean Society of London) a później w O pochodzeniu gatunków Darwina (1859). W latach 30. XX wieku Teoria syntetyczna ewolucja połączyła teorię ewolucji z genetyką Gregora Mendla.
Ewolucja organizmów następuje w wyniku zmian cech dziedzicznych. Na przykład kolor oczu jest cechą dziedziczną, którą dana osoba otrzymuje od rodziców. Cechy dziedziczne są kontrolowane przez geny. Zbiór genów jednego organizmu to jego genotyp.
Zbiór wszystkich cech tworzących strukturę i zachowanie organizmu nazywa się fenotypem. Cechy te powstają w wyniku interakcji genotypu tego organizmu z warunkami otoczenie zewnętrzne. Oznacza to, że nie każda cecha fenotypowa organizmu jest dziedziczona. Na przykład opalenizna jest spowodowana interakcją genotypu danej osoby światło słoneczne dzięki temu opalenizna nie blaknie. Ogólnie rzecz biorąc, ludzie opalają się inaczej w zależności od genotypu. Na przykład niektórzy ludzie mają dziedziczną cechę, taką jak albinizm. Albinosy nie opalają się i są bardzo wrażliwe Promieniowanie słoneczne- Łatwo ulegają oparzeniom słonecznym.
Przyczyny ewolucji
Kopiowanie macierzy z błędami
Podstawą życia na Ziemi jest proces kopiowania cząsteczek kwasy nukleinowe- DNA i RNA. Proces kopiowania odbywa się zgodnie z macierzową zasadą komplementarności: jedna cząsteczka kwasu nukleinowego może utworzyć dla siebie parę i z tej sparowanej cząsteczki odczytuje się cząsteczkę identyczną z pierwotną. Zatem cząsteczki DNA i RNA są zdolne do nieograniczonej reprodukcji.
Podczas kopiowania z pewnością wystąpią błędy wynikające z niedoskonałości systemu replikacji. Przez te błędy kopie DNA i RNA zawierają niewielkie różnice, które jednak z czasem się zwiększają. Ten proces samokreacji ze zmianami nazywa się redupikacja konwariantna.
Niektóre systemy nieożywione, na przykład kryształy lub niektóre cykle chemiczne, są zdolne do nieograniczonej reprodukcji z błędami. Ale istoty żywe różnią się tym, że mogą przekazywać te błędy w niezmienionej postaci kolejnym pokoleniom. Te błędy, czyli mutacje, praktycznie się nie zmieniają właściwości fizykochemiczne cząsteczki kwasów nukleinowych, ale wpływają na informacje odczytywane z nich przez organizmy żywe. Zatem organizmy żywe wykazują dziedziczność i zmienność swoich cech, które wynikają odpowiednio z kopiowania i mutacji w cząsteczkach kwasu nukleinowego.
Homeostaza i stabilność ontogenezy
Ciągła reprodukcja DNA z błędami prowadzi do tego, co jest obecne w każdej cząsteczce Informacja genetyczna z biegiem czasu bardzo się zmienia. Współczesne organizmy żywe posiadają systemy chroniące przed nadmiernymi zmianami w sekwencji nukleotydowej cząsteczki DNA. Należą do nich enzymy naprawcze, supresory ruchomych elementów genomu, środki przeciwwirusowe mechanizmy obronne itp.
Geny są jednak nadal przekazywane następnemu pokoleniu z pewnymi zmianami, w wyniku czego populacja organizmów żywych tego samego gatunku zwykle nie obejmuje osobników, u których cała sekwencja DNA jest taka sama. Jednocześnie zmienność fenotypowa jest często mniejsza niż zmienność genetyczna, ponieważ interakcje między różnymi genami w ontogenezie tłumią wpływ zmian w poszczególnych genach. W ten sposób organizmy wielokomórkowe osiągają stabilność rozwój indywidualny, prowadzi do zachowania normy gatunkowej.
Selektywne przetrwanie i reprodukcja
Cząsteczki RNA i DNA, a także organizmy żywe, rozmnażają się z różną wydajnością w zależności od własnych właściwości i warunków środowiskowych. Organizmy mogą umrzeć, zanim osiągną czas reprodukcji, a te, które przeżyją, odchodzą różne ilości potomków. Organizmy, które przeżyły i skutecznie się rozmnażały, były w stanie to zrobić z dwóch grup powodów: zgodności swoich wariantów genów z warunkami środowiskowymi lub splotu okoliczności niezwiązanych z „jakością” alleli. Ze względu na wpływ pierwszej grupy na rozmieszczenie alleli w populacji opisuje się ją koncepcją doboru naturalnego, a drugiej grupy koncepcją dryfu genetycznego.
Naturalna selekcja
Dobór naturalny to selektywne przetrwanie (przeżycie długoterminowe) i reprodukcja osobników w populacji najlepiej przystosowanej do warunków środowiskowych. Im bardziej przystosowana jest roślina lub zwierzę, tym bardziej prawdopodobne jej dożycie do wieku rozrodczego, a także im więcej potomstwa opuści. Sprawność fizyczna zależy od obecności w genotypie osobnika alleli genów, które przyczyniają się do przeżycia i reprodukcji. Ponieważ wszystkie organizmy w populacji mają różne genotypy, kiedy stabilne warunki liczba nosicieli alleli genów, które są korzystniejsze w tych warunkach, będzie rosła z pokolenia na pokolenie.
Ponadto warunki środowiskowe stwarzają konkurencję o przetrwanie i reprodukcję między organizmami. Z tego powodu organizmy posiadające allele dające im przewagę nad konkurencją przekazują te allele swojemu potomstwu. Allele, które nie zapewniają tej przewagi, nie są przekazywane kolejnym pokoleniom.
Dryf genetyczny
Dryf genetyczny to proces zmian w częstotliwości alleli, wywołany przyczynami niezwiązanymi z wpływem alleli na sprawność osobników. Dlatego dryf genetyczny uważany jest za neutralny mechanizm ewolucji genów i populacji. Zależność między wpływem doboru naturalnego a dryfem genetycznym w populacji różni się w zależności od siły selekcji i efektywnej wielkości populacji (liczby osobników zdolnych do reprodukcji). Dobór naturalny zwykle gra duża rola w dużych populacjach, a dryf genetyczny dominuje w małych populacjach. Dominacja dryfu genetycznego w małych populacjach może nawet prowadzić do utrwalenia się szkodliwych mutacji. W rezultacie zmiany w wielkości populacji mogą znacząco zmienić przebieg ewolucji. Efekt wąskiego gardła, gdy populacja gwałtownie spada i w rezultacie ginie różnorodność genetyczna, prowadzi do większej jednorodności populacji.
Ogólny przebieg ewolucji
Pierwsze ślady życia na Ziemi datowane są na 3,5-3,8 miliarda lat temu. Są to pozostałości życia prokariotycznego – stromatolity. Około 3 miliardy lat temu pojawiły się pierwsze fotosyntetyki, którymi były sinice. Pierwsze eukarionty pojawiły się około 1,6-1,8 miliarda lat temu. Prowadzi to do " katastrofa tlenowa„- gwałtowny wzrost stężenia tlenu w atmosferze ziemskiej. Wielokomórkowe eukarionty pojawiały się wielokrotnie różne grupy jednakże pierwsze wiarygodne skamieniałości pochodzą sprzed około 750 milionów lat (okres kriogeniczny), a pojawienie się różnorodnej fauny i flory oceanicznej wiąże się z okresem wendyjskim (fauna ediakarska, około 600 milionów lat temu). Pojawienie się zwierząt szkieletowych i ich bogatych szczątków nastąpiło w okresie kambru około 550-520 milionów lat temu. Potem pojawiła się większość nowoczesne typy Zwierząt.
W okresie syluru rośliny po raz pierwszy zeszły na ląd. W dewonie pierwsze płazy i stawonogi osiedliły się na lądzie. Okres permu dał początek gadom, które dominowały na Ziemi przez całą erę mezozoiku. Kilka grup gadów terapsydów przekształciło się w ssaki. W okresie kredowym pojawiły się ptaki i zaczęły kwitnąć rośliny kwitnące. W Era kenozoiczna Dominowały ssaki, kwitły także owady. W antropocenie jedna z grup naczelnych, hominidy, dała początek ewolucji człowieka. W plejstocenie-holocenie człowiek staje się siła geologiczna, wpływając na ewolucję całej biosfery.
Właściwości ewolucji
Przebieg ewolucji życia ujawnia kilka przekrojowych wzorców, które są obiektywne i często opisywane matematycznie. Studia z biologii ewolucyjnej dodatkowe mechanizmy ewolucję, czyli nowe możliwości realizacji pierwotnych zasad, co pozwoli nam fundamentalnie zrozumieć istotę tych wzorców. Główne właściwości ewolucji to: pojawienie się organizmów przystosowanych do środowiska, postęp morfo-funkcjonalny, pojawienie się nowych narządów i struktur (pojawienie się), przejście do rozmnażania płciowego, wymieranie gatunków, wzrost różnorodności biologicznej.
Dostosowanie
Wydaje się, że współczesne gatunki są dobrze przystosowane do środowiska, w którym żyją. Jednocześnie adaptacje ograniczają się do środowiska, w którym są zwykle używane: kiedy organizm się do niego wprowadza nowe środowisko często staje się całkowicie nieprzystosowany lub przynajmniej mniej przystosowany niż „rdzenni” mieszkańcy innych warunków. Przed pojawieniem się obraz ewolucyjnyświecie dość wyraźna zgodność właściwości organizmu z warunkami jego „rodzimego” środowiska tak zdumiała badaczy, że uznali to za konsekwencję działania sił nadprzyrodzonych. Adaptacja jest jednak niemal konieczną konsekwencją ewolucji, gdyż organizmy mniej przystosowane do warunków środowiskowych w coraz mniejszym stopniu przyczyniają się do różnorodności genetycznej populacji w wyniku doboru naturalnego. Jednocześnie pochodzenie samych adaptacji niekoniecznie zależy od selekcji, ale może być konsekwencją uboczną innych adaptacji lub nawet zbiegiem okoliczności (konsekwencją dryfu genetycznego).
Postęp i autonomia
Podczas ewolucji pozbawione jądra komórki bakteryjne dają początek złożonym komórkom eukariotycznym. Eukarionty następnie nabywają wielokomórkowość i tworzą tkanki i narządy. Zwierzęta się rozwijają system nerwowy, mają złożone zachowanie, które pozwala im przetrwać w wielu środowiskach. Człowiek, jako szczyt ewolucji zwierząt, osiągnął zdolność życia w każdym środowisku, w tym pozaziemskim.
Powstanie
W toku ewolucji często dochodzi do rekombinacji części organizmów i genów, zmieniając funkcję starych struktur. Jednak niektóre procesy i części organizmów powstały po raz pierwszy. Fotosynteza u sinic, białka replikacyjne DNA, aparat translacyjny, łuski ryb i tym podobne.
Dioecja
Pierwszymi zwierzętami były hermafrodyty, a wśród wyższych hermafrodytów prawie nie ma hermafrodytów.
Seks i rekombinacja
W organizmy bezpłciowe geny dziedziczą się razem (tj zaszczepiony) i nie mieszaj się z genami innych osobników podczas reprodukcji. Potomkowie organizmów płciowych zawierają przypadkową mieszaninę chromosomów swoich rodziców w wyniku niezależnego sortowania. Podczas powiązanego procesu rekombinacji homologicznej organizmy płciowe wymieniają DNA między dwoma homologicznymi chromosomami. Rekombinacja i niezależne sortowanie nie zmieniają częstotliwości alleli, ale zmieniają ich wzajemne powiązania, tworząc potomstwo z nowymi kombinacjami alleli. Płeć na ogół zwiększa zmienność genetyczną i może zwiększyć tempo ewolucji. Jednak aseksualność może mieć zalety w niektórych środowiskach, ponieważ w niektórych organizmach ponownie ewoluowała. Aseksualność może pozwolić na rozbieżność dwóch zestawów alleli w genomie i w konsekwencji doprowadzić do pojawienia się nowych funkcji. Rekombinacja umożliwia niezależne dziedziczenie jednakowych alleli znalezionych razem. Jednakże częstotliwość rekombinacji jest niska (około dwa zdarzenia na chromosom na pokolenie). W rezultacie geny znajdujące się w pobliżu tego samego chromosomu nie zawsze są od siebie oddzielone w procesie rekombinacji genetycznej i zwykle są dziedziczone razem. Zjawisko to nazywa się łączeniem genów. Sprzężenie genowe ocenia się poprzez pomiar częstości występowania dwóch alleli na tym samym chromosomie (pomiar nierównowagi sprzężeń genowych). Zbiór alleli, które mają tendencję do zmniejszania się razem, nazywany jest haplotypem. Ma to znaczenie, gdy jeden z alleli danego haplotypu zapewnia dużą przewagę w walce o byt: pozytywna selekcja naturalna doprowadzi do selektywnego oczyszczenia (Język angielski) Przemiatanie selektywne), co doprowadzi do tego, że wzrośnie również częstotliwość innych alleli tego haplotypu. Efekt ten nazywa się autostopem genetycznym. Kiedy alleli nie można rozdzielić na drodze rekombinacji (na przykład na chromosomie Y ssaków), wówczas kumulują się szkodliwe mutacje (cm. grzechotka Muellera). Zmieniając kombinacje alleli, rozmnażanie płciowe prowadzi do usunięcia szkodliwych i rozprzestrzeniania się korzystnych mutacji w populacji. Ponadto rekombinacja i sortowanie genów mogą zapewnić organizmom nowe korzystne kombinacje genów. Ale ten pozytywny efekt równoważone przez fakt, że seks zmniejsza współczynnik reprodukcji (cm. ewolucja rozmnażania płciowego) i może powodować zniszczenie korzystnych kombinacji genów. Przyczyny ewolucji rozmnażania płciowego nadal nie są do końca jasne, a zagadnienie to nadal stanowi aktywny obszar badań w tej dziedzinie. Biologia ewolucyjna. Stymulowało to nowe pomysły na temat mechanizmów ewolucji, takie jak hipoteza Czerwonej Królowej.
Wygaśnięcie
Było wiele takich sytuacji w historii Ziemi masowe wymieranie organizmy żywe. Były to wymierania na pograniczu okresu wendyjskiego i kambru, kiedy wymarła biota ediakarska, permu i triasu, kredy i eocenu. Po masowa śmierć stare grupy organizmów zaczęły rozwijać się w tych grupach, które przetrwały wyginięcie. Wymierania na mniejszą skalę, jak np. polodowcowe wymieranie dużych ssaków po ostatnim epoka lodowcowa, prowadzą także do zmian w grupach organizmów. Człowiek doprowadził do wyginięcia gatunków najbardziej narażonych na jego działalność antropogeniczną.
Zwiększona różnorodność biologiczna
Odkrycia paleontologiczne, choć niekompletne i ograniczone, wskazują na wzrost różnorodności biologicznej zarówno w oceanie, jak i na lądzie.
Poziomy ewolucji
NA różne poziomy Organizacje żywych właściwości ewolucji i jej mechanizmów odgrywają różne role.
- genetyczny
- genomowy
- populacja
- gatunek
- taksoniczny
- ekosystem
- biosfera
Mutacje
Zmienność genetyczna występuje w wyniku przypadkowych mutacji zachodzących w genomach organizmów. Mutacje to zmiany w sekwencji nukleotydów DNA spowodowane przez promieniowanie radioaktywne, wirusy, transpozony, mutageny chemiczne i błędy kopiowania występujące podczas mejozy lub replikacji DNA. Te mutageny wytwarzają kilka różne rodzaje zmiany w sekwencji nukleotydów DNA: mogą nie mieć żadnego efektu, zmienić produkt genu, a nawet zatrzymać funkcjonowanie genu. Badania na muszkach owocowych wykazały, że jeśli mutacje powodują zmiany w białku kodowanym przez określony gen, konsekwencje mogą być szkodliwe. Około 70% takich mutacji prowadzi do określonych zaburzeń, reszta jest neutralna lub korzystna. Ponieważ mutacje często mają szkodliwy wpływ na komórki, w procesie ewolucji organizmy wykształciły mechanizmy naprawy DNA, które eliminują mutacje. Zatem optymalny współczynnik mutacji jest kompromisem pomiędzy kosztem płacenia za wysoką częstotliwość szkodliwych mutacji a kosztem kosztów metabolicznych (na przykład syntezy enzymów naprawczych) w celu zmniejszenia tej częstotliwości. Niektóre organizmy, takie jak retrowirusy, mają tak wysoki współczynnik mutacji, że prawie każdy z ich potomków będzie posiadał zmutowany gen. Ten wysoki współczynnik mutacji może być zaletą, ponieważ wirusy te ewoluują bardzo szybko, unikając w ten sposób odpowiedzi układu odpornościowego.
Mutacje mogą obejmować duże odcinki DNA, np. duplikacje genów, które stanowią surowiec do ewolucji nowych genów. U zwierząt duplikacje od dziesiątek do setek genów występują średnio co milion lat. Większość genów mających wspólnego przodka należy do tego samego rodzina genetyczna. Nowe geny powstają na kilka sposobów, zazwyczaj poprzez duplikację genów przodków lub poprzez rekombinację części różnych genów, w wyniku czego powstają nowe kombinacje nukleotydów o nowych funkcjach. Nowe geny tworzą nowe białka o nowych funkcjach. Na przykład do utworzenia struktur ludzkiego oka odpowiedzialnych za postrzeganie światła wykorzystywane są cztery geny: trzy odpowiedzialne za widzenie barw (czopki) i jeden odpowiedzialny za widzenie w nocy (pręciki). Wszystkie te geny pochodzą od jednego genu przodka. . Kolejną zaletą duplikacji genu lub nawet całego genomu jest to, że zwiększa redundancję (redundancję) genomu; pozwala to jednemu genowi na nabycie nowych funkcji, podczas gdy kopia tego genu pełni pierwotną funkcję. Zmiany w chromosomach mogą wystąpić w wyniku dużych mutacji, gdy segmenty DNA w obrębie chromosomu są oddzielane, a następnie ponownie umieszczane w innym miejscu chromosomu. Nariklad, dwa chromosomy rodzaju Homo połączyły się, tworząc ludzki chromosom 2. To połączenie nie miało miejsca w serii filogenetycznej innych małp, to znaczy mają one te chromosomy oddzielone. Najważniejsza rola Takie rearanżacje chromosomów w ewolucji przyspieszają dywergencję populacji wraz z powstawaniem nowych gatunków ze względu na fakt, że występuje mniej krzyżowań międzypopulacyjnych.
Tworzą się sekwencje DNA, które mogą przemieszczać się po genomie (elementy genetyczne podlegające transpozycji), takie jak transpozony bardzo materiał genetyczny materiał genetyczny roślin i zwierząt i odgrywają ważną rolę w ewolucji genomów. Na przykład w ludzkim genomie występuje ponad milion sekwencji Alu i sekwencje te służą obecnie do regulacji ekspresji genów. Innym skutkiem tych mobilnych DNA jest to, że mogą powodować mutacje w istniejących genach, a nawet je usuwać, zwiększając w ten sposób różnorodność genetyczną.
Problem pochodzenia życia
Uznanie ewolucji przez Kościół katolicki
Kościół katolicki uznał łacinę w encyklice papieża Piusa XII. Humani Generis,że teoria ewolucji może wyjaśnić pochodzenie ciała ludzkiego (ale nie jego duszy), wzywając jednak do ostrożności w ocenach i nazywając teorię ewolucji hipotezą. 1996 Papież Jan Paweł II w liście do Papieskiej Akademii Nauk potwierdził przyjęcie teistycznego ewolucjonizmu jako słusznego stanowiska katolicyzmu, stwierdzając, że teoria ewolucji jest czymś więcej niż hipotezą. Dlatego wśród katolików dosłowny, młodoziemski, płynny kreacjonizm (jako jeden z nielicznych przykładów można wymienić J. Keene). Skłaniając się w stronę teistycznego ewolucjonizmu i teorii „inteligentnego projektu”, katolicyzm, reprezentowany przez najwyższych hierarchów, w tym wybranego papieża w 2005 roku Benedykt XVI jednakże z pewnością odrzuca materialistyczny ewolucjonizm.