Teorie ewolucji biologicznej, proces, testy i przykłady

Ewolucja biologiczna Jest to zmiana właściwości grup organizmu w trakcie pokoleń. Grupy organizmów tego samego gatunku są znane jako „populacje biologiczne”.

Zasadniczo współczesna neodarwinistyczna teoria ewolucji mówi, że składa się to z stopniowej zmiany form życia. To się zaczęło - przypuszczalnie - z cząsteczką z możliwością powtórzenia się około 3.5 miliardów lat.

Źródło: Chensiyuan [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Wraz z upływem czasu nastąpiła gałąź linii i powstała nowe i różnorodne gatunki. Mechanizmy tej zmiany ewolucyjnej są dobór naturalny i dryf genowy.

Biologia ewolucyjna ma na celu zrozumienie pochodzenia różnorodności biologicznej i jej utrzymania. Podobnie jak centralna nauka w dziedzinie biologii, jest ogólnie uważana za jednoczącą myśl, która integruje różne dyscypliny nauk biologicznych.

Ta jednocząca właściwość biologii ewolucyjnej została oznaczona w słynnej frazie Theodosius Dobzhansky: „Nic nie ma sensu w biologii, jeśli nie jest w świetle ewolucji”.

W dzisiejszych czasach biologia ewolucyjna cieszyła się wszystkimi postępami w nauce, umożliwiając odbudowę filogenii przy użyciu analizy statystycznej licznych molekularnych i potężnych cech.

[TOC]

Jaki jest proces ewolucyjny?

Ewolucja to termin, który wywodzi się z łacińskich korzeni Evolvere, co tłumaczy się jako wdrażanie lub ujawnianie ukrytego potencjału. Dziś słowo ewolucja po prostu wywołuje zmianę. Prawdopodobnie będzie częścią naszego codziennego leksykonu, aby odnosić się do zmian w obiekcie lub w osoby.

Jednak ewolucja biologiczna odnosi się do zmian w grupach organizmów poprzez przejście pokoleń. Ta ogólna definicja ewolucji jest używana przez Futuyma (2005). Ważne jest, aby podkreślić, że organizmy takie jak jednostki Nie ewoluują, podczas gdy grupy organizmów robią.

W biologii zbiór osób z tego samego gatunku, który współistnieje w czasie i w przestrzeni, nazywane są populacjami. Aby zmiana w populacji została uznana za ewolucyjną, należy ją przekazać z pokolenia na inny materiał genetyczny.

Naukowe teorie ewolucji

Od niepamiętnych czasów istota ludzka odczuwała wewnętrzną ciekawość pochodzenia życia i istnienia ogromnej różnorodności, jaką obecne istoty organiczne.

Ponieważ brytyjski przyrodnik Charles Darwin (1809–1882) miał znaczący wpływ na rozwój tej nauki, zbadamy teorie zaproponowane przed i po jego wkładu.

Przed Darwin: kreacjonizm i niezmienność gatunku

Przed Darwinem przyrodnicy i inni naukowcy charakteryzowali się utrzymaniem myśli kreacjonistycznej w odniesieniu do pochodzenia gatunku.

Obsługiwano esenistyczne wizje, w których każdy gatunek miał niezmienną esencję, a odmiana obserwowaliśmy w grupie, była spowodowana niedoskonałościami bytu. Koncepcję tę zarządzano w czasie Platona i Arystotelesa.

Jakiś czas później chrześcijanie zaczęli dosłownie interpretować fragmenty Biblii, rozumiejąc, że istoty ekologiczne zostały stworzone w jednym wydarzeniu przez nadprzyrodzoną byt. Ta koncepcja nie pozwoliła na zmiany gatunków w czasie, ponieważ zostały one stworzone w boskiej doskonałości.

W XVIII wieku celem przyrodników było skatalogowanie boskiego planu, który Bóg stworzył. Na przykład Linneo ustalił podstawy obecnej taksonomii po tej linii myśli.

Następnie ta wizja zostało zakwestionowane przez kilku myślicieli. Jean Baptiste Lamarck sformułował najbardziej odpowiednią teorię czasu przed życiem. Dla niego każdy gatunek powstał indywidualnie poprzez spontaniczne generowanie i był w stanie „postępować” lub poprawić z czasem.

Jedną z najbardziej istotnych zasad ustanowionych przez Lamarcka było dziedziczenie nabytych znaków. Ten przyrodnik wierzył, że różne cechy, które nabywamy przez całe życie, mogą zostać przekazane naszym potomstwie.

Na przykład pod wizją Lamarkian, kulturystę, który ciężko pracuje wszystkie swoje grupy mięśni, musiał mieć dzieci z rozwiniętymi mięśniami. Ta sama zasada będzie miała zastosowanie do nieużywania narządów.

Darwin i Wallace wkład w biologię ewolucyjną: dobór naturalny

Nazwa Charlesa Darwina zwykle pojawia się w większości tekstów biologicznych, niezależnie od jego specjalności. Darwin zrewolucjonizował biologię i ogólnie nauki, z niesamowitą - porównywalną wielkością, na przykład, z wkładem Newtona.

W swojej młodości Darwin zachował wierną myśl o naukach biblijnych. Jednak w towarzystwie myśli religijnej Darwin wyraził zainteresowanie nauk przyrodniczych, więc był otoczony najjaśniejszymi umysłami naukowymi w tej chwili.

Podróż w beagle

Życie Darwina zmieniło się, gdy w młodym wieku rozpoczął podróż na pokładzie H. M. S. Beagle, brytyjski statek, który odkryłby różne regiony Ameryki Południowej. Po podróży, która trwała kilka lat, Darwin obserwował i zebrał ogromną różnorodność fauny i flory w Ameryce Południowej.

Dzięki jego optymalnej sytuacji finansowej Darwin był w stanie poświęcić swoje życie wyłącznie na swoją pracę w naukach biologicznych. Po rozległych medytacjach - a także odczytach o ekonomii - Darwin wygenerował swoją teorię doboru naturalnego.

Może ci służyć: cechy żywych istot

Wybór naturalny jest prostym, a jednocześnie potężnym pomysłem, będąc ważnym mechanizmem ewolucyjnym - choć nie jedynym, jak zobaczymy później.

Pomysł ten został wydedukowany nie tylko Darwin. Młody przyrodnik o imieniu Alfred Wallace osiągnął bardzo podobne pomysły niezależnie. Wallace komunikował się z Darwinem i oboje przedstawili teorię ewolucji przez dobór naturalny.

Pochodzenie gatunków

Następnie Darwin przedstawia swoje arcydzieło: „Pochodzenie gatunków”, Który szczegółowo pokazuje jego teorię i z solidnymi dowodami. Ta książka ma sześć edycji, w których Darwin pracował przez całe życie.

Teoria selekcji naturalnej utrzymuje, że jeśli istnieje jakaś przydatna i dziedziczna zmienność w populacji jednostek, między posiadaczami cech wystąpi różnicowa reprodukcja. Będą one generować więcej potomków, zwiększając w ten sposób częstotliwość cechy w populacji.

Ponadto Darwin zaproponował również wspólne pochodzenie: wszystkie gatunki rozeszły się w ewolucyjnym czasie wspólnego przodka. Zatem wszystkie istoty ekologiczne mogą być reprezentowane w wielkim drzewie życia.

Po Darwin: Neodarwinizm i synteza

Bezpośrednio po publikacji "Pochodzenie", Wśród najważniejszych naukowców wybuchła wielka kontrowersja. Jednak na przestrzeni lat teoria była stopniowo akceptowana.

Byli biolodzy, którzy nigdy nie przyjęli pomysłów darwinowskich, więc wygenerowali własne teorie ewolucyjne, teraz prawie całkowicie zdyskredytowane. Przykładem tego jest między innymi neo-llydryzm, ortogeneza i mutacje.

Między 30 a 40 wszystkich teorii anty-życie odrzucono wraz z pojawieniem się syntezy ewolucyjnej. Składało się to ze zjednoczenia pomysłów darwinowskich z wkładem serii genetyków i paleontologów, takich jak Fisher, Haldane, Mayr i Wright, między innymi.

Syntezę udało się zjednoczyć teorie ewolucyjne z prawidłowymi zasadami genetycznymi, ponieważ jedną z trudności, które Darwin musiał doświadczyć podczas swojej pracy.

Dowody ewolucji: tylko teoria?

Dziś ewolucja biologiczna jest faktem popartym przez solidne i obfite dowody. Chociaż biolodzy nie wątpią w prawdziwość procesu, w życiu codziennym zwykle słyszymy, że ewolucja jest „tylko teorią” - z pejoratywnymi konotacją.

To nieporozumienie, że termin „teoria” ma różne znaczenia w nauce i życiu codziennym. Dla większości ludzi teoria jest niepewną prognozą faktu, charakteryzującym się słabymi fundamentami. Dla naukowca teoria jest w odpowiednim sposób spójnych i ustrukturyzowanych pomysłów.

Po tej kolejności pomysłów możemy stwierdzić, że ewolucja to zrobiony, I istnieją mechanizmy, które to wyjaśniają, takie jak teoria doboru naturalnego. Najwybitniejszymi dowodami procesu ewolucyjnego są następujące.

Homologia

Dwa procesy lub struktury są homologiczne, jeśli cecha ta została odziedziczona bezpośrednio po wspólnym przodku. W biologii ewolucyjnej homologia jest fundamentalnym punktem, ponieważ są jedynymi cechami, które nam pozwalają.

Homologie morfologiczne

Bardzo znanym przykładem homologii są kości kończyn tetrapodów. Weźmy trzy zwierzęta, które różnią się w ich modalności lokomocji, aby zrozumieć, dlaczego homologia jest solidnym dowodem procesu ewolucyjnego: ludzie, wieloryby i nietoperze.

Te trzy grupy dzielą strukturalny podstawowy plan w poprzednich kończynach, ponieważ odziedziczyły go po wspólnym przodku. Oznacza to, że rodowy tetropod miał kości ramienne, a następnie promień i kostkę, a wreszcie seria Falanges.

Nie ma funkcjonalnego powodu, dla którego trzy zwierzęta z tak odmiennym stylem życia muszą dzielić ten sam plan kości w kończynach.

Jeśli życie zostało zaprojektowane, nie ma powodu, aby budować organizm wodny, jeden latanie i ziemia z tym samym planem. Brak inżyniera - jakkolwiek brak doświadczenia.

Najbardziej logicznym sposobem na wyjaśnienie tego jest wspólne pochodzenie. Cała trój.

Homologie molekularne

Homologia nie ogranicza się do anatomicznych cech żyjącej istoty. Można je również udowodnić na poziomie molekularnym. Informacje genetyczne o żywych istotach są przechowywane w DNA i przekładają się na trojaczki: trzy nukleotydy odpowiadają aminokwasowi.

Uniwersalna homologia molekularna to czytanie tego kodu genetycznego, ponieważ praktycznie wszystkie istoty organiczne dzielą ten język - chociaż istnieją bardzo specyficzne wyjątki.

Rekord kopalny

Kiedy Darwin proponuje swoją teorię selekcji naturalnej, twierdzi, że wszystkie stopniowe formy przejściowe nie są obecne w rejestrze kopalnym, ponieważ jest niekompletna. Natomiast przeciwnicy pomysłów darwinowskich widzą nieciągłość rejestracji jako test przeciwko teorii.

Musimy pamiętać, że proces skamieniania istoty organicznej jest mało prawdopodobnym zdarzeniem, w połączeniu z prawdopodobieństwem znalezienia próbki w dobrym stanie. Z tych powodów mniej niż 1% wszystkich form, które kiedyś żyli, jest reprezentowane w rejestrze kopalnym.

Może ci służyć: ewolucja prebiotyczna: gdzie to się stało i co jest konieczne

Mimo to znaleziono bardzo dobrze zachowane skamieliny, które służy jako „okno do przeszłości”. Jednym z najbardziej znanych jest Archeopteryx. W tym skamiele podkreślają cechy pośrednie między gadiem a ptakiem. Mamy również kilka skamielin hominidowych, które pozwoliły nam odbudować ewolucję ludzi.

Zaproponowano niektóre alternatywne teorie w celu wyjaśnienia nieciągłości rejestracji, takich jak teoria równowagi interpunkcyjnej.

Biogeografia

Chociaż ewolucja jest poparta dowodami z wielu gałęzi wiedzy, to biogeografia przekonała Darwina o prawdziwości procesu ewolucyjnego.

Rozkład żywych organizmów na Ziemi na świecie nie jest jednorodny, a wiele aspektów tego wzoru można wytłumaczyć teorią ewolucyjną - a nie hipotezą specjalnej tworzenia.

Kiedy badamy faunę wysp oceanicznych (izolowane elementy, które nigdy nie miały kontaktu z kontynentem), okazuje się, że skład gatunkowy jest bardzo szczególny. Na przykład można to zobaczyć na wyspach położonych na północnym Atlantyku, zwane Wyspami Bermudami.

Native kręgowce (nie -tylne) to między innymi bardzo niewiele, głównie ptaków, nietoperzy migracyjnych i jaszczurki. Niektóre z tych gatunków wykazują znaczący związek z fauną Ameryki Północnej. Inne z drugiej strony są endemiczne dla wyspy i nie znajdują się w żadnym innym regionie.

Ten wzorzec dystrybucji jest zgodny z procesami ewolucyjnymi, ponieważ obszar ten jest specjalnie skolonizowany ze zwierzętami o pojemności lotu i rozpraszającym duże odległości.

Ewolucja w akcji: przykład ewolucji

Innym nieporozumieniem w biologii ewolucyjnej jest to, że jest ona związana z wyjątkowo powolnym procesem.

Chociaż prawdą jest, że aby uzyskać złożone adaptacje, takie jak potężne szczęki lub oczy z doskonałymi wizjami, musielibyśmy poczekać kilka milionów lat, istnieją pewne procesy ewolucyjne, które możemy zaobserwować na własne oczy w stosunkowo krótkim okresie czas.

Następnie przeanalizujemy przypadek ćmy Biston Betularia Jako przykład ewolucji w akcji. Później porozmawiamy o oporności na antybiotyki i pestycydy, kolejny przykład ewolucji, który możemy zaobserwować w krótkim czasie.

Melanizm przemysłowy i Biston Betularia

Jednym z najwybitniejszych przykładów w biologii ewolucyjnej jest melanizm przemysłowy. Zjawisko to zostało udokumentowane podczas rewolucji przemysłowej i udało się ustalić związek między zmiennością koloru ćmy Biston Betularia i zanieczyszczenie jego siedliska.

Ćma przedstawia dwie morfologie: jeden czysty i jeden ciemność. Przed zanieczyszczeniem dominującym wariantem była wyraźna ćma, prawdopodobnie dlatego, że wyłożył się na wyraźnym ugryzieniu brzozy i mógł pozostać niezauważony przez ich potencjalne drapieżniki: ptaki.

Wraz z pojawieniem się rewolucji przemysłowej zanieczyszczenie zwiększa znaczne poziomy. Kora drzew zaczęła przyjmować coraz bardziej ciemne zabarwienie, co spowodowało zmianę częstotliwości światła i ciemnych wariantów ćmy.

Mroczna ćma była przez pewien czas dominującym wariantem, ponieważ można go lepiej ukryć w czernionej kory.

Następnie wdrożono programy czyszczenia środowiska, które pomogły zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska. Dzięki wydajności tych programów drzewa zaczęły znów przyjmować swój początkowy charakterystyczny kolor.

Jak możemy intuitować, częstotliwość ćmy zmieniła się ponownie, będąc wyraźnym wariantem dominującym. Zatem proces ewolucyjny został udokumentowany w okresie 50 lat.

Mechanizmy ewolucji

Ewolucja biologiczna jest procesem obejmującym dwa etapy: generowanie zmienności, a następnie różnicowa reprodukcja zmian, albo przez selekcję naturalną lub dryf genowy. Z tego powodu termin selekcji naturalnej i ewolucji nie powinien być używany zamiennie - ponieważ nie są one.

Zgodnie z perspektywą ewolucji genetyki populacji jest zmiana częstotliwości allelicznych w czasie w populacji. Zatem siły zmieniające częstotliwości alleliczne to selekcja, dryf, mutacja i migracja.

Naturalna selekcja

Jak wspomnialiśmy wcześniej, największym wkładem Darwina w biologię była zaproponowanie teorii selekcji naturalnej. Zostało to bardzo źle zrozumiane i wprowadzone w błąd przez media, kojarząc je z niewłaściwymi zwrotami, takimi jak: „Przetrwanie najbardziej odpowiednich”.

Warunki dla doboru naturalnego

Wybór naturalny to prosty pomysł, ze wspaniałymi wynikami. Jeśli system spełni następujące cechy, ewoluuje - nieuchronnie - poprzez dobór naturalny:

- Zmienność: jeden warunek Sine qua non Aby ewolucja wystąpiła, musi istnieć różnice w populacji.

Na przykład członkowie różnią się zabarwieniem, futrem, wysokością itp. Możemy znaleźć zmienność na różnych poziomach: morfologiczny, komórkowy, biochemiczny i molekularny. Gdy upadamy na poziomie, stwierdzamy, że zmienność wzrasta.

- Dziedzictwo: Mówiąc najprościej, pakowanie jest podobieństwem rodziców z ich potomstwa. Formalnie jest zdefiniowany jako odsetek wariancji fenotypowej z powodu zmienności genetycznej i jest wyrażany z równaniem: h² = V_G / (V_G + V_I), gdzie v_G Jest to wariancja genetyczna i v_I Wariancja środowiska.

Może ci służyć: gliceraldehyd: struktura, cechy, funkcje

- Skojarzenie z nim Zdatność: Wreszcie, dziedziczna funkcja musi nadać agencji, że ma przewagę w zdatność. Termin ten jest używany w biologii ewolucyjnej w celu oszacowania zdolności organizmu do przetrwania i rozmnażania się, pozostawiając żyzne potomstwo.

Zatem, gdy te trzy warunki są spełnione, organizmy o korzystnych cechach częściej się rozmnażają niż członkowie populacji, których brakuje.

Gen pochodzi

Drift genu jest zmianą częstotliwości allelicznych, które występują w wyniku błędu próbkowania gamet z pokolenia na drugie. To znaczy jest zdarzenie stochastyczne lub losowe. Zjawisko to jest znaczące, gdy skuteczna populacja badań jest niewielka.

W statystykach błąd próbkowania to rozbieżności między prognozą teoretyczną a uzyskaniem eksperymentalnie. Na przykład, jeśli mamy 50 czarnych ziaren i 50 czerwonych ziaren w torbie, spodziewalibyśmy się, że jeśli weźmiemy 10 losowych, oczekiwany odsetek to 5 czarnych i 5 czerwonych ziaren.

Nie byłoby jednak dziwne, gdyby wynik eksperymentalny to 6 czarnych i 4 czerwone lub 7 czarnych i 3 czerwone. To jest błąd próbkowania.

Zgodnie z neutralną teorią ewolucji molekularnej większość mutacji jest ustalona przez wyprowadzenie i nie ma wpływu na zdatność indywidualnego.

Podobnie jak w selekcji naturalnej, w dryfie genów istnieje różnicowa reprodukcja jednostek tylko, że w tym przypadku jest to przypadkowe - podczas gdy w doborze naturalnym jest to przez charakterystykę, która zwiększa jego zdatność.

Zastosowania biologii ewolucyjnej

Biologia ewolucyjna ma szereg zastosowań, zarówno do medycyny, rolnictwa, biologii ochrony, jak i dla innych dyscyplin.

Medycyna

Teoria ewolucji jest niezbędną nauką w dziedzinie medycyny. Na przykład pozwala nam przewidzieć wynik masowego stosowania antybiotyków w leczeniu chorób zakaźnych.

Kiedy stosujemy antybiotyk niepotrzebnie lub nie zakończymy się leczeniem, wyeliminujemy nieoporne warianty, ale osoby odporne zwiększą ich częstotliwość w populacji bakterii.

Obecnie kwestia oporności bakteryjnej na większość antybiotyków jest światem zainteresowań i troski. Świadomość stosowania antybiotyków jest sposobem na zmniejszenie tego powikłań.

Na przykład bakterie Staphylococcus aureus Jest to powszechne sale operacyjne i powodują infekcje u pacjentów podczas operacji.

Dziś bakterie są całkowicie oporne na serię antybiotyków, takich jak penicylina, ampicylina i powiązane leki. Chociaż wygenerowano nowe antybiotyki w celu przeciwdziałania temu, leki są coraz mniej wydajne.

Kryzys oporu jest jednym z najbardziej dramatycznych przykładów ewolucji, które możemy zaobserwować z własnymi oczami, więc służy również jako dowód procesu ewolucyjnego.

Rolnictwo i zwierzęta gospodarskie

Tę samą zasadę ewolucyjną można ekstrapolować do stosowania pestycydów do eliminacji szkodników, w kulturach o znacznym znaczeniu gospodarczym. Jeśli ten sam rodzaj pestycydów będzie stosowany przez długi czas, sprzyjamy wzrostowi opornych wariantów.

Podobnie rolnicy starają się uzyskać „najlepsze” zwierzęta, aby zmaksymalizować produkcję (mleko, mięso itp.). Ci rolnicy wybierają osoby, które uważają za najbardziej przydatne w praktyce. Wraz z fragmentem pokoleń jednostki przypominają to, co jest pożądane przez człowieka.

Ten sztuczny proces selekcji ludzi przypomina dobór naturalny pod względem różnicowego sukcesu reprodukcyjnego. Z niezwykłą różnicą, że w naturze nie ma co -sentencera.

Biologia ochrony

W kwestiach związanych z ochroną zrozumienie zjawisk, takich jak „wąskie gardło” i zmniejsza zdatność spowodowane endogamią pozwala ich uniknąć i generować plany ochrony, które zwiększają zdatność i utrzymuj populację „zdrową”.

Bibliografia

1. Audesirk, t., Audesirk, g., I Byers, B. I. (2004). Biologia: nauka i natura. Edukacja Pearsona.
2. Darwin, c. (1859). O pochodzeniu gatunków za pomocą doboru naturalnego. Murray.
3. Freeman, s., I Herron, J. C. (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
4. Futuyma, zm. J. (2005). Ewolucja. Sinauer.
5. Hall, ur. K. (Ed.). (2012). Homologia: hierarchiczne podstawy biologii porównawczej. Academic Press.
6. Hickman, c. P., Roberts, L. S., Larson, a., Ober, w. C., & Garrison, c. (2001). Zintegrowane Priorms of Zoology. McGraw-Hill.
7. Kardong, k. V. (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
8. Kliman, r. M. (2016). Encyklopedia biologii ewolucyjnej. Academic Press.
9. Losos, J. B. (2013). Przewodnik po Ewolucji Princeton. Princeton University Press.
10. Reece, J. B., Urry, L. DO., Cain, m. L., Wasserman, s. DO., Minorsky, s. 1. V., I Jackson, R. B. (2014). Campbell Biology. osoba.
11. Rice, s. DO. (2009). Encyklopedia ewolucji. Informować publikowanie.
12. Russell, s. 1., Hertz, s., I McMillan, B. (2013). Biologia: dynamiczna nauka. Nelson Education.
13. Soler, m. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt South.
14. Starr, c., Evers, c., & Starr, L. (2010). Biologia: koncepcje i zastosowania bez fizjologii. Cengage Learning.
15. Wake, D. B., Wake, m. H., & Specht, C. D. (2011). Homoplasy: od wykrycia wzorca do procesu wykrywania i mechanizmu ewolucji. Nauka, 331(6020), 1032-1035.