BIOLOĢISKĀ EVOLŪCIJA: TEORIJAS, PROCESS, PIERĀDĪJUMI UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Bioloģiskā attīstība ir izmaiņas īpašību grupu organismu gaitā paaudzēm. Tās pašas sugas organismu grupas ir zināmas kā "bioloģiskās populācijas".

Būtībā mūsdienu neo-darvinistu evolūcijas teorija saka, ka evolūcija sastāv no pakāpeniskas dzīves formu maiņas. Tas sākās - domājams - ar molekulu ar spēju replicēties pats pirms apmēram 3,5 miljardiem gadu.

Avots: chensiyuan

Laika gaitā radās cilts sazarojumi un parādījās jaunas un daudzveidīgas sugas. Šīs evolūcijas izmaiņu mehānismi ir dabiskā atlase un gēnu novirze.

Evolūcijas bioloģija cenšas izprast bioloģiskās daudzveidības izcelsmi un to, kā tā tiek uzturēta. Tā kā tā ir centrālā zinātne bioloģijā, to parasti uzskata par vienojošu domu, kas apvieno dažādas bioloģisko zinātņu disciplīnas.

Šis evolucionārās bioloģijas vienojošais īpašums tika atzīmēts slavenajā Teodosiša Dobžansska frāzē: "bioloģijā nekas nav jēgas, izņemot evolūcijas gaismā".

Mūsdienās evolūcijas bioloģija ir baudījusi visus zinātnes sasniegumus, ļaujot filoģenēzes rekonstruēt, izmantojot daudzas molekulārās rakstzīmes un jaudīgu statistisko analīzi.

Kāds ir evolūcijas process?

Evolūcija ir termins, kas atvasināts no latīņu saknēm evolvere, kas pārvēršas par slēpta potenciāla atklāšanos vai atklāšanu. Mūsdienās vārds evolūcija vienkārši izraisa pārmaiņas. Iespējams, ka tā ir daļa no mūsu ikdienas leksikona, atsaucoties uz izmaiņām objektā vai cilvēkā.

Tomēr bioloģiskā evolūcija attiecas uz izmaiņām organismu grupās, pārejot paaudzēs. Šo vispārīgo evolūcijas definīciju izmanto Futuyma (2005). Ir svarīgi atzīmēt, ka organismi kā indivīdi neattīstās, kamēr organismu grupas to dara.

Bioloģijā par populācijām sauc vienas un tās pašas sugas indivīdu kopumu, kas vienlaikus pastāv laikā un telpā. Lai izmaiņas populācijā uzskatītu par evolucionārām, tās ar ģenētiskā materiāla starpniecību jāpārnes no vienas paaudzes uz otru.

Zinātniskās evolūcijas teorijas

Kopš neatminamiem laikiem cilvēks ir izjutis patiesu zinātkāri par dzīvības izcelsmi un to, ka pastāv milzīga daudzveidība, kāda ir organiskajām būtnēm.

Tā kā britu naturālists Šarls Darvins (1809-1882) ievērojami ietekmēja šīs zinātnes attīstību, mēs izpētīsim teorijas, kas ierosinātas pirms un pēc viņa ieguldījumiem.

Pirms Darvina: kreacionisms un sugu nemainīgums

Pirms Darvina dabaszinātniekiem un citiem zinātniekiem bija raksturīga kreativisma domāšana par sugu izcelsmi.

Tika apstrādāti essenciālisma vīzijas, kur katrai sugai bija nemainīga būtība, un variācijas, kuras mēs novērojām grupā, radīja tikai esamības nepilnības. Šī iecere tika risināta Platona un Aristoteļa laikā.

Laiku vēlāk kristieši sāka interpretēt Bībeles rakstus burtiski, saprotot, ka organiskas būtnes vienā notikumā ir radījusi pārdabiska būtne. Šī koncepcija neļāva laika gaitā mainīt sugas, jo tās tika radītas dievišķā pilnībā.

18. gadsimtā naturālistu mērķis bija kataloģizēt Dieva radīto dievišķo plānu. Piemēram, Linnaeus lika pamatus pašreizējai taksonomijai, sekojot šai domu līnijai.

Vēlāk šo domu apstrīdēja dažādi domātāji. Tā laika visatbilstošākā pirmsdārvinistu teorija tika formulēta Žana Baptiste Lamarka. Viņam katra suga bija radusies individuāli spontānas paaudzes ceļā un laika gaitā bija spējīga "progresēt" vai uzlaboties.

Viens no būtiskākajiem Lamarka noteiktajiem principiem bija iegūto personāžu mantošana. Šis naturālists uzskatīja, ka dažādās iezīmes, kuras mēs iegūstam visas dzīves laikā, var nodot mūsu pēcnācējiem.

Piemēram, pēc Lamarka skatījuma kultūristam, kurš smagi strādā visās viņa muskuļu grupās, bija jābūt bērniem ar attīstītiem muskuļiem. Tas pats princips attiektos uz orgānu izmantošanu.

Darvina un Wallace ieguldījums evolūcijas bioloģijā: dabiskā atlase

Čārlza Darvina vārds parādās lielākajā daļā bioloģijas tekstu neatkarīgi no viņa specialitātes. Darvins neticamā mērā mainīja bioloģiju un zinātni kopumā - salīdzināmu, piemēram, ar Ņūtona ieguldījumu.

Jaunībā Darvins uzskatīja par uzticīgu Bībeles mācībām. Tomēr reliģiskas domas pavadībā Darvins izteica interesi par dabaszinātnēm, tāpēc viņš apņēma sevi ar brīnišķīgākajiem zinātniskajiem prātiem.

Ceļojums pa Bīglu

Darvina dzīve pagriezās, kad jau agrā bērnībā viņš sāka ceļojumu uz Lielbritānijas kuģi HMS Beagle, kurš izpētīs dažādus Dienvidamerikas reģionus. Pēc ceļojuma, kas ilga pāris gadus, Darvins novēroja un savāca milzīgu Dienvidamerikas faunas un floras daudzveidību.

Pateicoties optimālajam finansiālajam stāvoklim, Darvins savu dzīvi varēja veltīt vienīgi darbam bioloģiskajās zinātnēs. Pēc plašām meditācijām un arī ekonomikas lekcijām Darvins izveidoja savu dabiskās atlases teoriju.

Dabiskā atlase ir vienkārša un spēcīga ideja, kas ir svarīgs evolūcijas mehānisms - lai arī nav vienīgais, kā mēs redzēsim vēlāk.

Šo ideju izdomāja ne tikai Darvins. Jauns dabas speciālists, vārdā Alfrēds Valsa, patstāvīgi nāca klajā ar ļoti līdzīgām idejām. Wallace sazinājās ar Darvinu, un abi kopā iepazīstināja ar dabiskās atlases evolūcijas teoriju.

Sugu izcelsme

Vēlāk Darvins iepazīstina ar savu meistardarbu: "Sugu izcelsme", kas detalizēti un ar pārliecinošiem pierādījumiem atspoguļo viņa teoriju. Šai grāmatai ir seši izdevumi, pie kuriem Darvins strādāja visu savu dzīvi.

Dabiskās atlases teorija uzskata, ka, ja indivīdu populācijā ir kādas noderīgas un pārmantojamas variācijas, raksturlieluma īpašniekiem būs atšķirīga reproducēšana. Tiem būs tendence radīt vairāk pēcnācēju, tādējādi palielinot pazīmju biežumu populācijā.

Turklāt Darvins ierosināja arī kopīgu senču: visas sugas evolūcijas laikā ir atšķīrušās no kopīgā senča. Tādējādi visas organiskās būtnes var attēlot lielajā dzīves kokā.

Pēc Darvina: neo-darvinisms un sintēze

Tūlīt pēc “Izcelsmes” publicēšanas toreiz nozīmīgāko zinātnieku starpā izcēlās plašs strīds. Tomēr gadu gaitā teorija tika pakāpeniski pieņemta.

Bija biologi, kuri nekad nepieņēma darvinistu idejas, tāpēc viņi radīja savas evolūcijas teorijas, kuras šodien gandrīz pilnībā tika diskreditētas. To piemēri ir neolamarkisms, ortoģenēze un mutacionisms.

Laikā no 30. līdz 40. gadiem visas anti-darvinistiskās teorijas tika atmestas līdz ar evolūcijas sintēzes iestāšanos. Tas sastāvēja no darviniešu ideju savienības ar vairāku ģenētiķu un paleontologu, piemēram, Fišera, Haldanas, Maira un Wright, ieguldījumiem.

Sintēzei izdevās apvienot evolūcijas teorijas ar pareiziem ģenētiskiem principiem, jo ​​viena no grūtībām, kas Darvinam nācās piedzīvot viņa darba laikā, bija gēnu kā iedzimtības daļiņu nezināšana.

Pierādījumi evolūcijai: tikai teorija?

Mūsdienās bioloģiskā evolūcija ir fakts, kuru atbalsta spēcīgi un bagātīgi pierādījumi. Lai arī biologi nešaubās par procesa patiesumu, ikdienas dzīvē mēs dzirdam, ka evolūcija ir “tikai teorija” - ar pejoratīvām pieskaņām.

Šis pārpratums izriet no fakta, ka terminam "teorija" ir dažādas nozīmes zinātnē un ikdienā. Lielākajai daļai cilvēku teorija ir neskaidrs fakta paredzējums, kam raksturīgs vājš pamats. Zinātniekam teorija ir saskaņotu un pareizi strukturētu ideju kopums.

Sekojot šai ideju secībai, mēs varam secināt, ka evolūcija ir fakts, un ir mehānismi, kā to izskaidrot, piemēram, dabiskās atlases teorija. Visizcilākie evolūcijas procesa pierādījumi ir šādi.

Homoloģija

Divi procesi vai struktūras ir homologi, ja minēto īpašību pārmanto tieši no kopīga senča. Evolūcijas bioloģijā homoloģija ir būtisks punkts, jo tās ir vienīgās īpašības, kas ļauj rekonstruēt senču un pēcnācēju attiecības starp grupām.

Morfoloģiskās homoloģijas

Ļoti slavens homoloģijas piemērs ir tetrapodu ekstremitāšu kauli. Ņemsim trīs dzīvniekus, kas atšķiras pēc pārvietošanās veida, lai saprastu, kāpēc homoloģija ir spēcīgs evolūcijas procesa pierādījums: cilvēki, vaļi un sikspārņi.

Šīm trim grupām ir kopīgs strukturālais pamatplāns priekšplānā, jo viņi to mantojuši no kopīga senča. Tas ir, senču tetrapodā bija apakšdaļa, kam sekoja rādiuss un ulna, un, visbeidzot, virkne falangu.

Nav funkcionālā iemesla, kāpēc trim dzīvniekiem ar tik atšķirīgu dzīvesveidu vajadzētu būt vienādam kaulu plānam viņu ekstremitātēs.

Ja dzīvība tiktu veidota, nav iemesla veidot ūdens, lidojošu un sauszemes organismu ar tādu pašu plānu. Neviens inženieris - lai cik nepieredzējis - vienādi neradītu lidojošu un peldētu organismu.

Loģiskākais veids, kā to izskaidrot, ir kopīgais sencis. Visi trīs mantoja šo strukturālo plānu no senča un veica adaptīvās modifikācijas, kuras mēs šodien redzam: spārnus, spuras un rokas.

Molekulārās homoloģijas

Homologijas neaprobežojas tikai ar dzīvās būtnes anatomiskām iezīmēm. Tos var pierādīt arī molekulārā līmenī. Dzīvu būtņu ģenētiskā informācija tiek glabāta DNS un tiek tulkota trīskāršu veidā: trīs nukleotīdi atbilst vienai aminoskābei.

Universālā molekulārā homoloģija ir šī ģenētiskā koda nolasīšana, jo praktiski visām organiskajām būtnēm ir kopīga šī valoda - lai arī ir ļoti specifiski izņēmumi.

Fosiliju reģistrs

Kad Darvins ierosina savu dabiskās atlases teoriju, viņš apgalvo, ka fosilijas reģistrā nav visu pakāpenisko pārejas formu, jo tā ir nepilnīga. Turpretī darviniešu ideju pretinieki uzskata ierakstu pārtraukumu par pierādījumu teorijai.

Mums jāatceras, ka organiskas būtnes pārakmeņošanās process ir maz ticams notikums kopā ar varbūtību, ka īpatnis ir atrasts labā stāvoklī. Šo iemeslu dēļ mazāk nekā 1% visu veidolu, kas jebkad dzīvojuši, ir pārstāvēti fosilijas reģistrā.

Neskatoties uz to, ir atrastas ļoti labi saglabājušās fosilijas, kas kalpo kā “logs uz pagātni”. Viens no slavenākajiem ir Arheopteryx. Šajā fosilijā izceļas starpposma īpašības starp rāpuļu un putnu. Tāpat mums ir vairākas hominīdu fosilijas, kas ļāva mums rekonstruēt cilvēku evolūciju.

Lai izskaidrotu reģistra pārtraukumu, ir ierosinātas dažas alternatīvas teorijas, piemēram, pārtrauktā līdzsvara teorija.

Bioģeogrāfija

Lai arī evolūciju atbalsta pierādījumi no daudzām zināšanu jomām, tieši bioģeogrāfija pārliecināja Darvinu par evolūcijas procesa patiesumu.

Dzīvo organismu izplatība uz planētas Zeme nav viendabīga, un daudzus šī modeļa aspektus var izskaidrot ar evolūcijas teoriju, nevis ar īpašo radīšanas hipotēzi.

Pārbaudot okeāna salu faunu (izolēti elementi, kuriem nekad nav bijis kontakta ar cietzemi), mēs secinām, ka sugu sastāvs ir ļoti savdabīgs. Piemēram, to var redzēt salās, kas atrodas Atlantijas okeāna ziemeļdaļā un ko sauc par Bermudu salām.

Šajā reģionā ir ļoti maz mugurkaulnieku (kas nav jūras), galvenokārt putni, migrējošie sikspārņi un ķirzakas. Dažām no šīm sugām ir ievērojama saistība ar Ziemeļamerikas faunu. Savukārt citi ir endēmiski salā un nav sastopami nevienā citā reģionā.

Šis izplatības modelis ir saderīgs ar evolūcijas procesiem, jo ​​teritorija ir īpaši kolonizēta ar dzīvniekiem, kuri spēj lidot un izkliedēt lielus attālumus.

Evolūcija darbībā: evolūcijas piemērs

Vēl viens pārpratums evolūcijas bioloģijā ir tāds, ka tas ir saistīts ar ārkārtīgi lēnu procesu.

Lai gan ir taisnība, ka, lai iegūtu sarežģītus pielāgojumus, piemēram, jaudīgas spīles vai acis ar lielisku redzi, mums būtu jāgaida pāris miljoni gadu, ir noteikti evolūcijas procesi, kurus mēs varam novērot ar savām acīm salīdzinoši īsā laika posmā.

Tālāk mēs analizēsim Biston betularia kandžas gadījumu kā darbības evolūcijas piemēru. Vēlāk mēs runāsim par rezistenci pret antibiotikām un pesticīdiem - vēl vienu evolūcijas piemēru, ko varam novērot īsā laika posmā.

Industriālais melanisms un

Viens no spilgtākajiem evolūcijas bioloģijas piemēriem ir rūpnieciskais melanisms. Šī parādība tika dokumentēta rūpnieciskās revolūcijas laikā, un tai izdevās izveidot sakarību starp Biston betularia kandžas krāsas izmaiņām un tās dzīvotnes piesārņojumu.

Kodei ir divas morfoloģijas: viena gaiša un otra tumša. Pirms inficēšanās dominējošais variants bija gaišā kandža, domājams, tāpēc, ka tā atradās uz gaišās bērzu mizas un varēja palikt nepamanīta potenciālajiem plēsējiem - putniem.

Ar rūpnieciskās revolūcijas iestāšanos piesārņojums pieauga līdz ievērojamam līmenim. Koku miza sāka iegūt arvien tumšāku krāsu, un tas izraisīja izmaiņas kožu gaišo un tumšo variantu frekvencēs.

Tumšā kandža kādu laiku bija dominējošais variants, jo tā varēja labāk paslēpties melnajā mizā.

Pēc tam tika īstenotas vides sakopšanas programmas, kas palīdzēja samazināt vides piesārņojumu. Pateicoties šo programmu efektivitātei, koki sāka atgūt sākotnējo raksturīgo krāsu.

Kā mēs varam nojaust, kožu biežums atkal mainījās, un dominējošais bija dzidrais variants. Tādējādi evolūcijas process tika dokumentēts 50 gadu laikā.

Evolūcijas mehānismi

Bioloģiskā evolūcija ir process, kas ietver divus posmus: variāciju ģenerēšanu un tad variāciju diferencētu reproducēšanu, izmantojot dabisko selekciju vai ģenētisko dreifu. Šī iemesla dēļ terminus dabiskā atlase un evolūcija nevajadzētu lietot savstarpēji aizstājot - jo tie nav.

Raugoties no iedzīvotāju ģenētikas viedokļa, evolūcija ir alerģisko biežumu izmaiņas laika gaitā populācijā. Tādējādi spēki, kas maina alēles frekvences, ir atlase, dreifēšana, mutācija un migrācija.

Dabiskā izlase

Kā mēs iepriekš minējām, Darvina lielākais ieguldījums bioloģijā bija dabiskās atlases teorijas ierosināšana. Plašsaziņas līdzekļi to ir ļoti nepareizi interpretējuši un sagrozījuši, saistot to ar nepareizajām frāzēm, piemēram: "visiecienītākā izdzīvošana".

Dabiskās atlases iestāšanās nosacījumi

Dabiskā atlase ir vienkārša ideja ar lieliskiem rezultātiem. Ja sistēma atbilst šādām īpašībām, tā neizbēgami attīstīsies, izmantojot dabisko atlasi:

Evolūcijas bioloģijas pielietojumi

Evolūcijas bioloģijai ir virkne pielietojumu - gan medicīnā, lauksaimniecībā, saglabāšanas bioloģijā, gan citās disciplīnās.

Medicīna

Evolūcijas teorija ir būtiska zinātne medicīnas jomā. Piemēram, tas ļauj mums prognozēt antibiotiku bez izvēles izvēles rezultātus infekcijas slimību ārstēšanai.

Ja nevajadzīgi lietosim antibiotiku vai nepabeigsim medicīnisko ārstēšanu, mēs likvidēsim rezistentus variantus, bet rezistenti indivīdi palielinās to biežumu baktēriju populācijā.

Pašlaik jautājums par baktēriju rezistenci pret lielāko daļu antibiotiku ir globālas intereses un satraukuma tēma. Izpratnes veicināšana par antibiotiku lietošanu ir viens no veidiem, kā mazināt šo komplikāciju.

Piemēram, baktērijas Staphylococcus aureus ir izplatītas operāciju zālēs un izraisa operācijas pacientu infekcijās.

Mūsdienās baktērijas ir pilnībā izturīgas pret vairākām antibiotikām, piemēram, penicilīnu, ampicilīnu un saistītajām zālēm. Kaut arī, lai neitralizētu to, ir izveidotas jaunas antibiotikas, zāles ir mazāk efektīvas.

Pretošanās krīze ir viens no dramatiskākajiem evolūcijas piemēriem, ko mēs varam novērot ar savām acīm, tāpēc tā kalpo arī kā pierādījums evolūcijas procesam.

Lauksaimniecība un lopkopība

To pašu evolūcijas principu var ekstrapolēt ar pesticīdu izmantošanu kaitēkļu iznīcināšanai kultūrās ar ievērojamu ekonomisko nozīmi. Ja ilgstoši tiek izmantots viens un tas pats pesticīds, mēs atbalstīsim izturīgu variantu palielināšanu.

Tāpat lauksaimnieki cenšas iegūt "labākos" dzīvniekus, kas maksimāli palielina ražošanu (pienu, gaļu utt.). Šie sētnieki izvēlas personas, kuras viņiem šķiet praktiski visnoderīgākās. Paaudzēm ejot, indivīdi arvien vairāk atgādina to, ko vēlas cilvēki.

Šis cilvēka mākslīgās atlases process līdzinās dabiskajai atlasei, ņemot vērā atšķirīgos reproduktīvos panākumus. Ar ievērojamu atšķirību, ka dabā nav atlases vienības.

Saglabāšanas bioloģija

Runājot par saglabāšanas jautājumiem, tādu parādību kā "sašaurinājumi" un fitnesa samazināšanās, ko izraisa inkrustācija, izpratne ļauj no tām izvairīties un radīt saglabāšanas plānus, kas palielina piemērotību un uztur iedzīvotājus "veselīgus".

Atsauces

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Bioloģija: zinātne un daba. Pīrsona izglītība.
2. Darvins, C. (1859). Par sugu izcelsmi dabiskās atlases ceļā. Murray.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolūcijas analīze. Prentice zāle.
4. Futuyma, DJ (2005). Evolūcija. Sinauer.
5. Halle, BK (Red.). (2012). Homoloģija: salīdzinošās bioloģijas hierarhiskais pamats. Akadēmiskā prese.
6. Hikmans, CP, Roberts, LS, Larsons, A., Obers, WC, & Garrison, C. (2001). Integrētie zooloģijas principi. Makgreivs.
7. Kardongs, KV (2006). Mugurkaulnieki: salīdzinošā anatomija, funkcijas, evolūcija. Makgreivs.
8. Kliman, RM (2016). Evolūcijas bioloģijas enciklopēdija. Akadēmiskā prese.
9. Lososs, JB (2013). Prinstonas ceļvedis evolūcijai. Princeton University Press.
10. Reece, JB, Urry, LA, Kains, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Kempbela bioloģija. Pīrsons.
11. Rīss, SA (2009). Evolūcijas enciklopēdija. Infobase izdevējdarbība.
12. Rasels, P., Hercs, P., un Makmilans, B. (2013). Bioloģija: dinamiskā zinātne. Nelsona izglītība.
13. Solers, M. (2002). Evolūcija: bioloģijas pamats. Dienvidu projekts.
14. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Bioloģija: jēdzieni un pielietojumi bez fizioloģijas. Cengage mācīšanās.
15. Wake, DB, Wake, MH un Specht, CD (2011). Homoplazija: no modeļa noteikšanas līdz evolūcijas procesa un mehānisma noteikšanai. Zinātne, 331 (6020), 1032-1035.