BIOLOŠKA EVOLUCIJA: TEORIJE, POSTUPAK, DOKAZI I PRIMJERI - BIOLOGIJA

Biološka evolucija je promjena u svojstvima skupina organizama u toku generacija. Skupine organizama iste vrste poznate su kao "biološke populacije".

U biti, suvremena ne-darvinistička teorija evolucije kaže da se evolucija sastoji od postupne promjene životnih oblika. Započela je - vjerojatno - molekulom sa sposobnošću da se replicira prije otprilike 3,5 milijardi godina.

Izvor: chensiyuan

S vremenom je došlo do grananja rodova i pojavile su se nove i raznolike vrste. Mehanizmi ove evolucijske promjene su prirodna selekcija i odljev gena.

Evolucijska biologija nastoji razumjeti podrijetlo biološke raznolikosti i kako se ona održava. Kako je središnja znanost u biologiji, općenito se smatra objedinjujućom mišlju koja objedinjuje različite discipline bioloških znanosti.

To objedinjujuće svojstvo evolucijske biologije obilježeno je čuvenom frazom Teodozije Dobzhansky: "u biologiji nema smisla, osim u svjetlu evolucije."

Danas je evolucijska biologija uživala sav napredak u znanosti, omogućujući rekonstrukciju filogenija koristeći brojne molekularne likove i moćnu statističku analizu.

Što je evolucijski proces?

Evolucija je pojam izveden iz latinskog korijena evolvere, što u prijevodu znači otkrivanje ili otkrivanje skrivenog potencijala. Danas riječ evolucija jednostavno evocira promjenu. To je vjerojatno dio našeg svakodnevnog leksikona koji se odnosi na promjene u nekom predmetu ili osobi.

Međutim, biološka evolucija odnosi se na promjene u skupinama organizama tijekom prolaska generacija. Futuyma (2005) koristi ovu opću definiciju evolucije. Važno je napomenuti da se organizmi kao pojedinci ne razvijaju, dok to čine grupe organizama.

U biologiji skup jedinki iste vrste koji koegzistiraju u vremenu i prostoru nazivamo populacijom. Da bi se promjena u populaciji mogla smatrati evolucijskom, mora se prenijeti s generacije na generaciju putem genetskog materijala.

Znanstvene teorije evolucije

Od davnina je ljudsko biće osjećalo unutarnju znatiželju o podrijetlu života i postojanju ogromne raznolikosti koju predstavljaju organska bića.

Kako je britanski prirodoslovac Charles Darwin (1809-1882) imao značajan utjecaj na razvoj ove znanosti, istražit ćemo teorije predložene prije i poslije njegovih doprinosa.

Prije Darwina: kreacionizam i nepromjenjivost vrsta

Prije Darwina, prirodnjake i druge znanstvenike karakteriziralo je kreacionističko razmišljanje o podrijetlu vrsta.

Obrađivane su esencijalističke vizije, pri čemu je svaka vrsta imala nepromjenjivu suštinu, a varijacije koje smo primijetili u skupini nastale su samo zbog nesavršenosti bića. Ta je koncepcija bila obrađena u vrijeme Platona i Aristotela.

Vrijeme kasnije, kršćani su počeli doslovno tumačiti odlomke Biblije, shvaćajući da su u jednom događaju nadnaravna cjelina stvorena organska bića. Ova koncepcija nije dopuštala promjene vrste tijekom vremena, jer su one stvorene pod božanskim savršenstvom.

U 18. stoljeću cilj prirodnjaka bio je katalogizirati božanski plan koji je Bog stvorio. Na primjer, Linnaeus je postavio temelje trenutne taksonomije slijedeći ovu misaonu liniju.

Kasnije su to mišljenje doveli u pitanje različiti mislioci. Najrelevantniju pred-darvinističku teoriju tog vremena formulirao je Jean Baptiste Lamarck. Za njega je svaka vrsta nastala pojedinačno kroz spontanu generaciju i bila je sposobna s vremenom "napredovati" ili se poboljšavati.

Jedno od najvažnijih načela koje je Lamarck uspostavio bilo je nasljeđivanje stečenih likova. Ovaj prirodoslovac vjerovao je da se različite osobine koje stječemo tijekom života mogu prenijeti na naše potomstvo.

Na primjer, prema Lamarkijevom pogledu, bodybuilder koji naporno radi na svim svojim mišićnim skupinama morao je imati djecu s razvijenim mišićima. Isti princip primjenjivao bi se i pri uporabi organa.

Darwinov i Wallaceov doprinos evolucijskoj biologiji: prirodna selekcija

Ime Charlesa Darwina pojavljuje se u većini tekstova iz biologije, bez obzira na njegovu posebnost. Darwin je nevjerojatno promijenio biologiju i znanost općenito - usporedivu, primjerice, s Newtonovim doprinosima.

Darwin je u mladosti držao misao vjernu biblijskim učenjima. Međutim, popraćen religioznom mišlju, Darwin je izrazio zanimanje za prirodne znanosti, zbog čega se okružio najbriljantnijim znanstvenim umovima trenutka.

Putovanje na Beagle

Darwinov se život okrenuo kada je u ranoj dobi započeo putovanje na brodu HMS Beagle, britanskom brodu koji će istraživati različite regije Južne Amerike. Nakon putovanja koji je trajao nekoliko godina, Darwin je promatrao i prikupio ogromnu raznolikost faune i flore u Južnoj Americi.

Zahvaljujući svojoj optimalnoj financijskoj situaciji, Darwin je mogao svoj život posvetiti isključivo radu u biološkim znanostima. Nakon opsežnih meditacija - a ujedno i predavanja o ekonomiji - Darwin je stvorio svoju teoriju prirodne selekcije.

Prirodna selekcija je jednostavna i snažna ideja, što je važan evolucijski mehanizam - iako ne jedini, kao što ćemo vidjeti kasnije.

Ovu ideju nije isključio samo Darwin. Mladi prirodnjak po imenu Alfred Wallace neovisno je smislio vrlo slične ideje. Wallace je komunicirao s Darwinom, a njih dvoje su zajedno predstavili teoriju evolucije prirodnim odabirom.

Podrijetlo vrsta

Kasnije Darwin predstavlja svoje remek-djelo: "Podrijetlo vrsta", koje detaljno i pouzdano otkriva njegovu teoriju. Ova knjiga ima šest izdanja na kojima je Darwin radio cijeli život.

Teorija prirodne selekcije drži da će, ako postoje neke korisne i nasljedne varijacije u populaciji jedinki, doći do diferencirane reprodukcije između posjednika karakteristika. Oni će imati tendenciju stvaranja više potomaka, povećavajući na taj način učestalost ove osobine u populaciji.

Nadalje, Darwin je također predložio zajedničko porijeklo: sve su se vrste u evolucijskom vremenu razlikovale od zajedničkog pretka. Dakle, sva organska bića mogu biti predstavljena na velikom stablu života.

Nakon Darwina: neo-darvinizam i sinteza

Odmah nakon objave "Porijekla" izbila je velika polemika među najznačajnijim znanstvenicima toga vremena. Kako su godine prolazile, teorija je postepeno prihvaćana.

Bilo je biologa koji nikada nisu prihvaćali darvinske ideje, pa su generirali vlastite evolucijske teorije, danas gotovo potpuno diskreditirane. Primjeri za to su između ostalog neolamarkizam, ortogeneza i mutacionizam.

Između 30-ih i 40-ih sve anti-darvinističke teorije odbačene su pojavom evolucijske sinteze. To se sastojalo od spoja darvinskih ideja, uz doprinos niza genetičara i paleontologa, poput Fishera, Haldanea, Mayra i Wrighta, među ostalim.

Sinteza je uspjela objediniti evolucijske teorije s točnim genetskim načelima, jer jedna od poteškoća koju je Darwin imao tijekom svog rada bio je nepoznavanje gena kao čestica nasljednosti.

Dokazi za evoluciju: samo teorija?

Danas je biološka evolucija činjenica potkrijepljena čvrstim i obilnim dokazima. Iako biolozi ne sumnjaju u istinitost procesa, u svakodnevnom životu čujemo da je evolucija "samo teorija" - s pejorativnim konotacijama.

To nerazumijevanje proizlazi iz činjenice da izraz "teorija" ima različita značenja u znanosti i u svakodnevnom životu. Za većinu ljudi teorija je nesigurno predviđanje činjenica, koju karakterizira slab temelj. Za znanstvenika, teorija je tijelo koherentnih i pravilno strukturiranih ideja.

Slijedeći ovaj redoslijed ideja, možemo zaključiti da je evolucija činjenica i postoje mehanizmi za njihovo objašnjavanje, poput teorije prirodne selekcije. Najistaknutiji dokazi evolucijskog procesa su sljedeći.

homologija

Dva procesa ili strukture su homologni ako je navedena osobina naslijeđena izravno od zajedničkog pretka. U evolucijskoj biologiji homologija je temeljna točka, jer su one jedine karakteristike koje nam omogućuju rekonstrukciju odnosa predaka i potomaka između skupina.

Morfološke homologije

Vrlo poznati primjer homologije su kosti udova tetrapoda. Uzmimo tri životinje koje se razlikuju u načinu kretanja kako bismo razumjeli zašto je homologija snažan dokaz evolucijskog procesa: ljudi, kitovi i šišmiši.

Ove tri skupine dijele osnovni strukturni plan na prednjim prednjim dijelovima, jer su ga naslijedile od zajedničkog pretka. Odnosno, tetrapod predaka imao je humerus, zatim radijus i ulnu, te na kraju niz falange.

Ne postoji funkcionalni razlog zbog kojeg bi tri životinje s takvim različitim životnim stilovima trebale dijeliti isti plan kostiju u udovima.

Ako bi život bio osmišljen, nema razloga za izgradnju vodenog, letećeg i kopnenog organizma s istim planom. Nijedan inženjer - bez obzira koliko neiskusan - ne bi stvorio leteći i plivajući organizam na isti način.

Najlogičniji način da se to objasni je zajedničkim rodom. Sva su trojica naslijedila ovaj strukturni plan od predaka i podvrgnuta su prilagodljivim izmjenama koje danas vidimo: krila, peraje i ruke.

Molekularne homologije

Homologije nisu ograničene na anatomske značajke živog bića. Oni se također mogu dokazati na molekularnoj razini. Genetske informacije živih bića pohranjuju se u DNK i prevode se u obliku trostrukih: tri nukleotida odgovaraju jednoj aminokiselini.

Univerzalna molekularna homologija je čitanje ovog genetskog koda, jer gotovo sva organska bića dijele ovaj jezik - iako postoje vrlo specifične iznimke.

Zapis o fosilima

Kad Darwin predlaže svoju teoriju prirodne selekcije, on tvrdi da svi postupni prijelazni oblici nisu prisutni u zapisu o fosilima jer je nepotpun. Suprotno tome, protivnici darvinskih ideja vide diskontinuitet zapisa kao dokaz protiv teorije.

Moramo se sjetiti da je postupak fosilizacije organskog bića malo vjerojatan događaj, zajedno s vjerojatnošću da je uzorak pronađen u dobrom stanju. Iz tih razloga, manje od 1% svih oblika koji su ikada živjeli predstavljeno je u zapisu o fosilima.

Unatoč tome, pronađeni su vrlo dobro sačuvani fosili koji služe kao "prozor u prošlost". Jedan od najpoznatijih je Archeopteryx. U ovom fosilu ističu se intermedijarne karakteristike između gmazova i ptice. Isto tako, imamo nekoliko hominidnih fosila koji su nam omogućili da rekonstruiramo evoluciju ljudi.

Predložene su neke alternativne teorije da se objasni prekid registra, kao što je teorija probijane ravnoteže.

Biogeografija

Iako je evolucija podržana dokazima iz mnogih grana znanja, biogeografija je uvjerila Darwina u istinitost evolucijskog procesa.

Raspodjela živih organizama na planeti Zemlji nije homogena, pa se mnogi aspekti ovog obrasca mogu objasniti evolucijskom teorijom - a ne posebnom hipotezom o stvaranju.

Kada ispitujemo faunu okeanskih otoka (izolirani elementi koji nikada nisu imali kontakt s kopnom), ustanovimo da je sastav vrsta vrlo osebujan. Na primjer, to se može vidjeti na otocima smještenim u sjevernom Atlantiku, koji se nazivaju Bermudski otoci.

Kralježnjaka (ne morskih) koji su urođeni u tom području, vrlo je malo, uglavnom ptica, selidbenih šišmiša i guštera. Neke od ovih vrsta pokazuju značajnu povezanost s faunom Sjeverne Amerike. Drugi su sa svoje strane endemični za otok i ne nalaze se niti u jednoj drugoj regiji.

Ovaj obrazac distribucije kompatibilan je s evolucijskim procesima, jer je područje posebno kolonizirano sa životinjama koje mogu letjeti i širiti velike udaljenosti.

Evolucija u djelovanju: primjer evolucije

Drugi nesporazum u evolucijskoj biologiji je da je povezan s izuzetno sporim procesom.

Iako je istina da bismo za postizanje složenih prilagodbi poput snažnih čeljusti ili očiju s izvrsnim vidom morali pričekati nekoliko milijuna godina, postoje određeni evolucijski procesi koje možemo promatrati vlastitim očima u relativno kratkom vremenu.

Dalje ćemo analizirati slučaj moljacna Biston betularia kao primjer evolucije u djelovanju. Kasnije ćemo govoriti o otpornosti na antibiotike i pesticide, još jedan primjer evolucije koji možemo primijetiti u kratkom vremenu.

Industrijski melanizam i

Jedan od najistaknutijih primjera evolucijske biologije je industrijski melanizam. Ovaj je fenomen dokumentiran tijekom industrijske revolucije i uspio je uspostaviti odnos između varijacije obojenja mošta Biston betularia i onečišćenja njegovog staništa.

Luk ima dvije morfologije: jednu svijetlu i jednu tamnu. Prije kontaminacije, dominantna varijanta bila je lagani moljac, vjerojatno zato što je visio na svijetloj kore breza i mogao je proći nezapaženo od strane potencijalnih grabežljivaca - ptica.

Dolaskom industrijske revolucije zagađenje se povećalo na značajne razine. Kora stabala počela je poprimati sve tamniju boju i to je generiralo promjenu u frekvenciji svijetlih i tamnih varijanti moljaca.

Tamni moljac jedno je vrijeme bio dominantna varijanta jer se mogao bolje sakriti u pocrnjeloj kore.

Nakon toga provedeni su programi čišćenja okoliša koji su pomogli smanjiti zagađenje okoliša. Zahvaljujući učinkovitosti ovih programa, stabla su počela dobivati svoju izvornu karakterističnu boju.

Kao što možemo pretpostaviti, učestalost moljaca se opet promijenila, pri čemu je jasna varijanta bila dominantna. Dakle, evolucijski proces dokumentiran je u razdoblju od 50 godina.

Mehanizmi evolucije

Biološka evolucija je proces koji uključuje dva koraka: stvaranje varijacija i zatim diferencirano reproduciranje varijacija bilo prirodnim odabirom ili genetskim pomakom. Iz tog razloga, izrazi prirodna selekcija i evolucija ne bi se trebali međusobno upotrijebiti - jer nisu.

Iz perspektive populacijske genetike, evolucija je promjena alelnih frekvencija tijekom vremena unutar populacije. Stoga su sile koje mijenjaju frekvencije alela odabir, pomicanje, mutacija i migracija.

Prirodni odabir

Kao što smo ranije spomenuli, Darwinov je najveći doprinos biologiji predložio teoriju prirodne selekcije. Mediji to pogrešno tumače i pogrešno prikazuju, povezujući ga s pogrešnim frazama kao što su: "preživljavanje najspremnijih".

Uvjeti da se dogodi prirodna selekcija

Prirodni odabir je jednostavna ideja, s veličanstvenim rezultatima. Ako sustav ispunjava sljedeće karakteristike, razvijat će se - neizbježno - prirodnom selekcijom:

Primjene evolucijske biologije

Evolucijska biologija ima brojne primjene, kako za medicinu, poljoprivredu, biologiju očuvanja, tako i za druge discipline.

Lijek

Teorija evolucije je bitna znanost u području medicine. Na primjer, omogućava nam da predvidimo ishod neselektivne uporabe antibiotika za liječenje zaraznih bolesti.

Kada primjenjujemo antibiotik nepotrebno ili ne dovršimo medicinski tretman, eliminirat ćemo nerezistentne varijante, ali otporni pojedinci će povećati njihovu učestalost u populaciji bakterija.

Trenutno je pitanje otpornosti bakterija na većinu antibiotika tema od globalnog interesa i zabrinjava. Podizanje svijesti o upotrebi antibiotika jedan je od načina smanjenja ove komplikacije.

Na primjer, bakterija Staphylococcus aureus uobičajena je u operacijskim salama i uzrokuje infekcije kod pacijenata tijekom operacija.

Danas su bakterije u potpunosti otporne na brojne antibiotike, poput penicilina, ampicilina i srodnih lijekova. Iako su stvoreni novi antibiotici koji bi ga suzbili, lijekovi su sve manje i manje učinkoviti.

Kriza otpora jedan je od najdramatičnijih primjera evolucije koji možemo promatrati vlastitim očima, pa služi i kao dokaz evolucijskog procesa.

Poljoprivreda i stočarstvo

Isti evolucijski princip može se ekstrapolirati na uporabu pesticida za uklanjanje štetočina, u usjevima od značajnog gospodarskog značaja. Ako se ista vrsta pesticida primjenjuje duže vrijeme, prednost ćemo dati povećanju otpornih varijanti.

Slično tome, poljoprivrednici nastoje dobiti „najbolje“ životinje koje maksimiziraju proizvodnju (mlijeka, mesa itd.). Ti rančeri odabiru pojedince za koje im se to u praksi čini najkorisnijim. Kako generacije prolaze, pojedinci sve više nalikuju onome što ljudi žele.

Ovaj postupak umjetne selekcije ljudi nalikuje prirodnoj selekciji, u smislu različitog reproduktivnog uspjeha. Sa značajnom razlikom što u prirodi ne postoji entitet za odabir.

Konzervatorska biologija

Što se tiče pitanja očuvanja, razumijevanje pojava poput "uskih grla" i smanjenja kondicije uzrokovanih inbreedingom omogućuje njihovo izbjegavanje i stvaranje planova zaštite koji povećavaju kondiciju i drže stanovništvo "zdravim".

Reference

Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologija: znanost i priroda. Pearson Education.
Darwin, C. (1859). O podrijetlu vrsta prirodnim odabirom. Murray.
Freeman, S., i Herron, JC (2002). Evolucijska analiza Dvorana Prentice.
Futuyma, DJ (2005). Evolucija. Sinauer.
Hall, BK (ur.). (2012). Homologija: hijerarhijska osnova komparativne biologije. Akademska štampa.
Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirani principi zoologije. McGraw-Hill.
Kardong, KV (2006). Kralježnjaci: komparativna anatomija, funkcija, evolucija. McGraw-Hill.
Kliman, RM (2016). Enciklopedija evolucijske biologije. Akademska štampa.
Losos, JB (2013). Princeton vodič za evoluciju. Princeton University Press.
Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell Biology. Pearson.
Rice, SA (2009). Enciklopedija evolucije. Izdavaštvo Infobase.
Russell, P., Hertz, P., i McMillan, B. (2013). Biologija: Dinamička znanost. Nelson Education.
Soler, M. (2002). Evolucija: osnova biologije. Projekt Jug.
Starr, C., Evers, C., i Starr, L. (2010). Biologija: koncepti i primjene bez fiziologije. Cengage Learning.
Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Homoplazija: od otkrivanja uzorka do određivanja procesa i mehanizma evolucije. Znanost, 331 (6020), 1032-1035.

BIOLOŠKA EVOLUCIJA: TEORIJE, POSTUPAK, DOKAZI I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2025