BIOLOGINĖ RAIDA: TEORIJOS, PROCESAS, ĮRODYMAI IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Biologinė evoliucija yra pokytis grupių organizmų savybių į kartų kursą. Tos pačios rūšies organizmų grupės yra žinomos kaip „biologinės populiacijos“.

Iš esmės šiuolaikinė neo-darvinistinė evoliucijos teorija sako, kad evoliuciją sudaro laipsniškas gyvybės formų keitimas. Tikėtina, kad ji prasidėjo maždaug prieš 3,5 milijardo metų turinčia molekulę, galinčią atsikartoti.

Šaltinis: chensiyuan

Laikui bėgant, atsirado linijų išsišakojimai ir atsirado naujų ir įvairių rūšių. Šio evoliucinio pokyčio mechanizmai yra natūrali atranka ir genų dreifas.

Evoliucinė biologija siekia suprasti biologinės įvairovės kilmę ir kaip ją išlaikyti. Kadangi tai yra pagrindinis biologijos mokslas, jis paprastai laikomas vienijančia mintimi, integruojančia skirtingas biologinių mokslų disciplinas.

Ši vieninga evoliucijos biologijos savybė buvo pažymėta garsiojoje Theodosius Dobzhansky frazėje: „Biologijoje nieko nėra prasmės, išskyrus evoliucijos šviesą“.

Šiandien evoliucijos biologija pamėgo visus mokslo pasiekimus, leidžiančius filogenezes rekonstruoti naudojant daugybę molekulinių ženklų ir galingą statistinę analizę.

Koks yra evoliucijos procesas?

Evoliucija yra terminas, kilęs iš lotyniškų šaknų evolvere, kuris reiškia, kad atsiskleidžia ar atskleidžia paslėptą potencialą. Šiandien žodis evoliucija tiesiog sukelia permainas. Tikriausiai tai yra mūsų kasdieninės leksikos dalis, susijusi su objekto ar asmens pokyčiais.

Tačiau biologinė evoliucija reiškia organizmų grupių pokyčius praeinant kartoms. Šį bendrą evoliucijos apibrėžimą naudoja Futuyma (2005). Svarbu pažymėti, kad organizmai kaip individai ne evoliucionuoja, o organizmų grupės - ne.

Biologijoje tos pačios rūšies individų, kurie egzistuoja laike ir erdvėje, visuma vadinama populiacijomis. Kad populiacijos pokytis būtų laikomas evoliuciniu, jis turi būti perduodamas iš vienos kartos į kitą per genetinę medžiagą.

Mokslinės evoliucijos teorijos

Nuo neatmenamų laikų žmogus jautė būdingą smalsumą apie gyvybės kilmę ir didžiulės įvairovės egzistavimą, kurią teikia organinės būtybės.

Kadangi britų gamtininkas Charlesas Darwinas (1809–1882) padarė didelę įtaką šio mokslo raidai, panagrinėsime teorijas, pasiūlytas prieš ir po jo indėlio.

Prieš Darviną: kreacionizmas ir rūšių nekintamumas

Prieš Darviną gamtininkams ir kitiems mokslininkams buvo būdingas kreacionistinis mąstymas apie rūšių kilmę.

Buvo tvarkomos esencialistinės vizijos, kai kiekviena rūšis turėjo nekintamą esmę, o variacija, kurią stebėjome grupėje, atsirado tik dėl būties netobulumų. Ši koncepcija buvo nagrinėjama Platono ir Aristotelio laikais.

Laikui bėgant, krikščionys Biblijos ištraukas pradėjo aiškinti pažodžiui, supratę, kad organines būtybes viename įvykyje sukūrė antgamtinė būtybė. Ši koncepcija neleido pakeisti rūšies bėgant laikui, nes jos buvo sukurtos dieviškai tobulos.

18 amžiuje gamtininkų tikslas buvo surašyti dievo sukurtą dieviškąjį planą. Pavyzdžiui, Linnaeus padėjo pagrindus dabartinei taksonomijai, laikydamasis šios minties.

Vėliau šį požiūrį užginčijo įvairūs mąstytojai. Aktualiausia to meto dararvinizmo teorija buvo suformuluota Jeano Baptiste'o Lamarcko. Jo manymu, kiekviena rūšis kilo atskirai per spontanišką generaciją ir laikui bėgant galėjo „progresuoti“ ar tobulėti.

Vienas iš aktualiausių Lamarcko nustatytų principų buvo įgytų personažų paveldėjimas. Šis gamtininkas tikėjo, kad skirtingus bruožus, kuriuos įgyjame per visą gyvenimą, galime perduoti savo palikuonims.

Pavyzdžiui, pagal Lamarkian požiūrį kultūristas, sunkiai dirbantis visas savo raumenų grupes, turėjo turėti vaikus su išsivysčiusiais raumenimis. Tas pats principas būtų taikomas ir nenaudojant organų.

Darwino ir Wallace'o indėlis į evoliucijos biologiją: natūrali atranka

Charleso Darwino vardas yra daugelyje biologijos tekstų, nepaisant jo specialybės. Darvinas neįtikėtinu mastu sukėlė biologiją ir apskritai mokslą - panašų, pavyzdžiui, su Niutono įnašais.

Jaunystėje Darvinas laikėsi minties, ištikimos Biblijos mokymui. Tačiau lydimas religinės minties, Darvinas išreiškė susidomėjimą gamtos mokslais, todėl apsupo pačius ryškiausius šios dienos mokslinius protus.

Kelionė Bigliu

Darvino gyvenimas pasuko į posūkį, kai ankstyvame amžiuje jis pradėjo kelionę į britų laivą „HMS Beagle“, kuris apžiūrės skirtingus Pietų Amerikos regionus. Po poros metų kelionės Darvinas pastebėjo ir surinko didžiulę Pietų Amerikos faunos ir floros įvairovę.

Dėl savo optimalios finansinės padėties, Darvinas galėjo savo gyvenimą skirti tik darbui biologijos moksluose. Po išsamių meditacijų, taip pat ekonomikos paskaitų, Darwinas sukūrė savo natūralios atrankos teoriją.

Natūrali atranka yra paprasta ir galinga idėja, kuri yra svarbus evoliucijos mechanizmas - nors ir ne vienintelė, kaip pamatysime vėliau.

Šią mintį išvedė ne tik Darvinas. Jaunas gamtininkas, vardu Alfredas Wallace'as, savarankiškai sugalvojo labai panašių idėjų. Wallace'as bendravo su Darwinu ir abu kartu pristatė evoliucijos teoriją natūralia atranka.

Rūšių kilmė

Vėliau Darvinas pristato savo šedevrą: „Rūšių kilmė“, kuriame išsamiai ir tvirtai išdėstyta jo teorija. Ši knyga turi šešis leidimus, prie kurių Darvinas dirbo visą savo gyvenimą.

Natūraliosios atrankos teorija tvirtina, kad jei individų populiacijoje yra tam tikrų naudingų ir paveldimų pokyčių, tarp charakteristikos savininkų bus skirtingas reprodukcija. Jie bus linkę generuoti daugiau palikuonių, taip padidindami bruožų dažnį populiacijoje.

Darvinas taip pat pasiūlė bendrą protėvį: visos rūšys evoliucijos metu skyrėsi nuo bendro protėvio. Taigi, visos organinės būtybės gali būti vaizduojamos didžiajame gyvenimo medyje.

Po Darvino: neodarvinizmas ir sintezė

Iškart po „Kilmės“ paskelbimo kilo didžiulis nesutarimas tarp svarbiausių to meto mokslininkų. Tačiau bėgant metams teorija pamažu buvo priimta.

Buvo biologų, kurie niekada nepriėmė darvinizmo idėjų, todėl jie sukūrė savo evoliucijos teorijas, šiandien beveik visiškai diskredituotas. To pavyzdžiai yra neo-lamarizmas, ortogenezė ir mutacija.

Tarp 30–40 metų visos anti-darvinistinės teorijos buvo atmestos, prasidėjus evoliucijos sintezei. Tai sudarė darvinistinių idėjų sąjunga, į kurią pateko nemažai genetikų ir paleontologų, tokių kaip Fisheris, Haldane, Mayr ir Wright.

Sintezė sugebėjo suvienodinti evoliucijos teorijas su teisingais genetiniais principais, nes vienas iš sunkumų, kuriuos Darvinui teko patirti dirbant, buvo genų, kaip paveldimumo dalelių, ignoravimas.

Evoliucijos įrodymai: ar tik teorija?

Šiandien biologinė evoliucija yra faktas, paremtas patikimais ir gausiais įrodymais. Nors biologai neabejoja proceso teisingumu, kasdieniame gyvenime girdime, kad evoliucija yra „tik teorija“ - su pejoratyvinėmis konotacijomis.

Šis nesusipratimas kyla iš to, kad terminas „teorija“ turi skirtingas reikšmes moksle ir kasdieniniame gyvenime. Daugeliui žmonių teorija yra neapibrėžtas fakto numatymas, pasižymintis silpnu pagrindu. Mokslininkui teorija yra nuoseklių ir tinkamai struktūrizuotų idėjų visuma.

Vadovaudamiesi šia idėjų tvarka, galime daryti išvadą, kad evoliucija yra faktas, ir yra mechanizmai, kaip tai paaiškinti, pavyzdžiui, natūralios atrankos teorija. Ryškiausi evoliucijos proceso įrodymai yra šie.

Homologija

Du procesai arba struktūros yra homologiški, jei minėtas bruožas buvo paveldėtas tiesiogiai iš bendro protėvio. Evoliucinėje biologijoje homologija yra esminis dalykas, nes jos yra vienintelės savybės, leidžiančios atstatyti protėvių ir palikuonių santykius tarp grupių.

Morfologinės homologijos

Labai garsus homologijos pavyzdys yra galūnių tetrapodo kaulai. Paimkime tris gyvūnus, kurių judėjimo būdas skiriasi, kad suprastume, kodėl homologija yra tvirtas evoliucijos proceso įrodymas: žmonės, banginiai ir šikšnosparniai.

Šios trys grupės turi bendrą pagrindinį struktūrinį planą priekinėse kojose, nes paveldėjo jį iš bendro protėvio. T. y., Protėvių tetrapodas turėjo žastikaulį, po kurio eidavo spindulys ir ulna, o galiausiai - falangų serija.

Nėra funkcinės priežasties, kodėl trys skirtingo gyvenimo būdo gyvūnai turėtų tą patį kaulų planą savo galūnėse.

Jei gyvybė būtų suprojektuota, nėra jokios priežasties statyti vandens, skraidymo ir sausumos organizmą, turintį tą patį planą. Joks inžinierius, kad ir koks nepatyręs būtų, tokiu pat būdu nesukurs skraidančio ir plaukiančio organizmo.

Logiškiausias būdas tai paaiškinti yra bendras protėvis. Visi trys paveldėjo šį struktūrinį planą iš protėvio ir patyrė adaptacinius pakeitimus, kuriuos mes matome šiandien: sparnus, pelekus ir ginklus.

Molekulinės homologijos

Homologija neapsiriboja vien tik anatominiais gyvos būtybės bruožais. Jie taip pat gali būti patvirtinti molekuliniu lygmeniu. Gyvų būtybių genetinė informacija saugoma DNR ir yra perkeliama į trejetą: trys nukleotidai atitinka vieną aminorūgštį.

Visuotinė molekulinė homologija yra šio genetinio kodo skaitymas, nes praktiškai visos organinės būtybės turi šią kalbą - nors yra ir labai specifinių išimčių.

Fosilijų įrašas

Kai Darvinas siūlo savo natūralios atrankos teoriją, jis teigia, kad fosilijos įrašuose nėra visų laipsniškų pereinamųjų formų, nes ji yra neišsami. Darvinistinių idėjų priešininkai, priešingai, laiko įrašo nepertraukiamumą teorijos įrodymu.

Turime atsiminti, kad organinės būtybės fosilizacijos procesas yra mažai tikėtinas įvykis, kartu su tikimybe, kad egzempliorius buvo geros būklės. Dėl šių priežasčių fosilijų įrašuose yra mažiau nei 1% visų kada nors gyvenusių formų.

Nepaisant to, rasta labai gerai išlikusių fosilijų, kurios yra „langas į praeitį“. Vienas garsiausių yra Archeopteryx. Šioje fosilijoje išsiskiria tarpinės roplių ir paukščio savybės. Panašiai mes turime keletą hominidų fosilijų, kurios leido mums rekonstruoti žmonių evoliuciją.

Registro nepertraukiamumui paaiškinti buvo pasiūlytos kelios alternatyvios teorijos, pavyzdžiui, skyrybos pusiausvyros teorija.

Biogeografija

Nors evoliuciją palaiko daugelio žinių šakų įrodymai, būtent biogeografija įtikino Darviną evoliucijos proceso teisingumu.

Gyvųjų organizmų pasiskirstymas Žemės planetoje nėra vienalytis ir daugelį šio modelio aspektų galima paaiškinti evoliucijos teorija, o ne specialia kūrimo hipoteze.

Ištyrę vandenynų salų fauną (pavienius elementus, kurie niekada neturėjo ryšių su žemynu), pastebėjome, kad rūšių sudėtis yra labai savotiška. Pavyzdžiui, tai galima pamatyti salose, esančiose Šiaurės Atlante, vadinamose Bermudų salomis.

Šioje srityje yra labai nedaug stuburinių (ne jūrinių), daugiausia paukščių, migruojančių šikšnosparnių ir driežų. Kai kurios iš šių rūšių turi ryškų ryšį su Šiaurės Amerikos fauna. Kiti, savo ruožtu, yra endemiški saloje ir nėra randami jokiame kitame regione.

Šis pasiskirstymo modelis yra suderinamas su evoliucijos procesais, nes teritorija yra kolonizuota su gyvūnais, galinčiais skristi ir išsklaidyti didelius atstumus.

Evoliucija veiksme: evoliucijos pavyzdys

Kitas evoliucijos biologijos nesusipratimas yra tas, kad jis susijęs su ypač lėtai vykstančiu procesu.

Tiesa, kad norint gauti sudėtingas adaptacijas, tokias kaip galingi žandikauliai ar akys, turinčios puikų regėjimą, mums tektų laukti porą milijonų metų, yra tam tikri evoliucijos procesai, kuriuos galime palyginti savo akimis per palyginti trumpą laiką.

Toliau analizuosime Biston betularia kandžio atvejį kaip veiksmų evoliucijos pavyzdį. Vėliau kalbėsime apie atsparumą antibiotikams ir pesticidams - dar vieną evoliucijos pavyzdį, kurį galime stebėti per trumpą laiką.

Pramoninis melanizmas ir

Vienas ryškiausių evoliucijos biologijos pavyzdžių yra pramoninis melanizmas. Šis reiškinys buvo užfiksuotas pramoninės revoliucijos metu ir pavyko nustatyti ryšį tarp Biston betularia kandžio spalvos pokyčio ir jos buveinės užteršimo.

Moteris turi dvi morfologijas: vieną šviesią ir kitą tamsią. Prieš užteršimą vyravo lengvas kandis, greičiausiai todėl, kad jis sėdėjo ant lengvos beržų žievės ir galėjo nepastebėti galimų plėšrūnų - paukščių.

Artėjant pramonės revoliucijai, tarša padidėjo iki reikšmingo lygio. Medžių žievė pradėjo įgauti vis labiau tamsią spalvą ir tai pakeitė kandžių šviesių ir tamsių variantų dažnį.

Tamsi kandis kurį laiką buvo dominuojantis variantas, nes ji geriau galėjo pasislėpti pajuodusioje žievėje.

Vėliau buvo įgyvendintos aplinkos sutvarkymo programos, kurios padėjo sumažinti aplinkos taršą. Dėl šių programų efektyvumo medžiai pradėjo įgyti pradinę būdingą spalvą.

Kaip galime spėti, kandžių dažnis vėl pasikeitė, o dominuojantis aiškus variantas. Taigi, evoliucijos procesas buvo užfiksuotas per 50 metų.

Evoliucijos mechanizmai

Biologinė evoliucija yra procesas, apimantis du etapus: variacijų generavimą ir paskui diferencijuotą variacijų atkūrimą natūralios atrankos arba genetinio dreifo būdu. Dėl šios priežasties sąvokos natūrali atranka ir evoliucija neturėtų būti vartojamos pakaitomis, nes jų nėra.

Populiacijos genetikos požiūriu evoliucija yra alelinio dažnio pokytis per tam tikrą laiką populiacijoje. Taigi jėgos, keičiančios alelių dažnį, yra atranka, dreifas, mutacija ir migracija.

Natūrali atranka

Kaip jau minėjome anksčiau, didžiausias Darvino indėlis į biologiją buvo natūralios atrankos teorijos pasiūlymas. Žiniasklaida tai buvo klaidingai interpretavusi ir neteisingai pateikusi, susiejusi ją su tokiomis klaidingomis frazėmis kaip: „tinkamiausio išgyvenimas“.

Natūralios atrankos sąlygos

Natūrali atranka yra paprasta idėja, turinti puikių rezultatų. Jei sistema atitinka šias savybes, ji neišvengiamai vystysis per natūralią atranką:

Evoliucinės biologijos programos

Evoliucinė biologija turi daugybę pritaikymų tiek medicinoje, žemės ūkyje, konservavimo biologijoje, tiek kitose disciplinose.

Vaistas

Evoliucijos teorija yra esminis mokslas medicinos srityje. Pvz., Tai leidžia mums numatyti neapibrėžto antibiotikų vartojimo infekcinėms ligoms gydyti rezultatus.

Kai bereikalingai taikysime antibiotiką arba neatliksime medicininio gydymo, pašalinsime neatsparius variantus, tačiau atsparūs asmenys padidins jų dažnį bakterijų populiacijoje.

Šiuo metu bakterijų atsparumo daugumai antibiotikų klausimas kelia visuotinį susidomėjimą ir susirūpinimą. Sąmoningumo didinimas apie antibiotikų vartojimą yra vienas iš būdų sumažinti šią komplikaciją.

Pavyzdžiui, bakterija Staphylococcus aureus yra paplitusi operacinėse ir sukelia infekcijas pacientams chirurgijos metu.

Šiandien bakterijos yra visiškai atsparios daugybei antibiotikų, tokių kaip penicilinas, ampicilinas ir kiti panašūs vaistai. Nors norint jį neutralizuoti buvo sukurti nauji antibiotikai, vaistai yra ne tokie veiksmingi.

Pasipriešinimo krizė yra vienas dramatiškiausių evoliucijos pavyzdžių, kurį galime stebėti savo akimis, todėl jis taip pat tarnauja kaip evoliucijos proceso įrodymas.

Žemės ūkis ir gyvulininkystė

Tas pats evoliucijos principas gali būti ekstrapoliuotas pesticidų naudojimui kenkėjams naikinti pasėliuose, turinčiuose didelę ekonominę reikšmę. Jei ilgą laiką bus naudojami to paties tipo pesticidai, mes palaikysime atsparių variantų gausinimą.

Taip pat ūkininkai siekia gauti „geriausius“ gyvūnus, kurie maksimaliai padidina gamybą (pieno, mėsos ir kt.). Šie bėgikai pasirenka asmenis, kurie jiems atrodo praktiškiausi. Kartoms einant, individai vis labiau primena tai, ko nori žmonės.

Šis žmogaus dirbtinės atrankos procesas primena natūralią atranką, kalbant apie skirtingą reprodukcinę sėkmę. Ryškus skirtumas, kad gamtoje nėra atrankos subjekto.

Apsaugos biologija

Kalbant apie išsaugojimo klausimus, supratimas apie tokius reiškinius kaip „kliūtys“ ir sumažėjęs fitnesas, atsirandantis dėl įveisimo, leidžia jų išvengti ir sudaryti išsaugojimo planus, kurie padidina tinkamumą ir palaiko „sveikus“ gyventojus.

Nuorodos

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologija: mokslas ir gamta. „Pearson Education“.
2. Darwinas, C. (1859). Apie rūšių kilmę natūralios atrankos būdu. Murray.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoliucijos analizė. Prentice salė.
4. Futuyma, DJ (2005). Evoliucija. Sinaueris.
5. Salė, BK (red.). (2012). Homologija: hierarchinis lyginamosios biologijos pagrindas. Akademinė spauda.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integruoti zoologijos principai. McGraw-Hill.
7. Kardongas, KV (2006). Stuburiniai gyvūnai: lyginamoji anatomija, funkcijos, evoliucija. McGraw-Hill.
8. Kliman, RM (2016). Evoliucinės biologijos enciklopedija. Akademinė spauda.
9. Lososas, JB (2013). Prinstono evoliucijos vadovas. Prinstono universiteto leidykla.
10. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbello biologija. Pearsonas.
11. „Rice“, SA (2009). Evoliucijos enciklopedija. „Infobase“ leidyba.
12. Russell, P., Hertz, P., ir McMillan, B. (2013). Biologija: dinaminis mokslas. Nelsono švietimas.
13. Soler, M. (2002). Evoliucija: biologijos pagrindas. Pietų projektas.
14. Starr, C., Evers, C., ir Starr, L. (2010). Biologija: sąvokos ir pritaikymai be fiziologijos. „Cengage“ mokymasis.
15. „Wake“, DB, „Wake“, MH ir „Specht“, CD (2011). Homoplazija: nuo modelio nustatymo iki evoliucijos proceso ir mechanizmo nustatymo. Mokslas, 331 (6020), 1032-1035.