Pytania o pochodzenie życia i jego rozwój intrygowały naukowców od czasów starożytnych. Ludzie zawsze starali się zbliżyć do tych tajemnic, czyniąc świat bardziej zrozumiałym i przewidywalnym. Przez wiele stuleci dominował punkt widzenia o boskim początku Wszechświata i życia. Teoria ewolucji zajęła honorowe miejsce jako główna i najbardziej prawdopodobna wersja rozwoju wszelkiego życia na naszej planecie stosunkowo niedawno. Jej główne postanowienia zostały sformułowane przez Karola Darwina w połowie XIX wieku. Kolejne stulecie przyniosło światu wiele odkryć w dziedzinie genetyki i biologii, które pozwoliły udowodnić słuszność nauk Darwina, rozszerzyć je, połączyć z nowymi danymi. Tak powstała syntetyczna teoria ewolucji. Pochłonęła wszystkie idee słynnego badacza i wyniki badań naukowych w różnych dziedzinach od genetyki po ekologię.
Od osoby do klasy
Ewolucja biologiczna to historyczny rozwój organizmów oparty na unikalnych procesach funkcjonowania informacji genetycznej wokreślone warunki środowiskowe.
Początkowym etapem wszystkich przemian, prowadzących w końcu do pojawienia się nowego gatunku, jest mikroewolucja. Takie zmiany kumulują się z czasem i kończą wraz z utworzeniem nowego wyższego poziomu organizacji istot żywych: rodzaju, rodziny, klasy. Tworzenie struktur ponadgatunkowych jest powszechnie nazywane makroewolucją.
Podobne procesy
Oba poziomy są w zasadzie takie same. Siły napędowe zarówno mikro, jak i makrozmian to dobór naturalny, izolacja, dziedziczność, zmienność. Zasadnicza różnica między tymi dwoma procesami polega na tym, że krzyżowanie między różnymi gatunkami jest praktycznie wykluczone. W rezultacie makroewolucja opiera się na selekcji międzygatunkowej. Ogromny wkład w mikroewolucję ma swobodna wymiana informacji genetycznej między osobnikami tego samego gatunku.
Zbieżność i rozbieżność znaków
Główne linie ewolucji mogą przybierać różne formy. Potężnym źródłem różnorodności życia jest rozbieżność cech. Działa zarówno w obrębie danego gatunku, jak i na wyższych poziomach organizacji. Warunki środowiskowe i dobór naturalny prowadzą do podziału jednej grupy na dwie lub więcej, różniących się pewnymi cechami. Na poziomie gatunku rozbieżność może być odwracalna. W takim przypadku powstałe populacje ponownie łączą się w jedno. Na wyższych poziomach proces jest nieodwracalny.
Inną formą jest ewolucja filetyczna, która polega na przekształceniu gatunku bez oddzielania osobnikapopulacje. Każda nowa grupa jest potomkiem poprzedniej i przodkiem następnej.
Zbieżność lub „zbieżność” znaków również w znaczący sposób przyczynia się do różnorodności życia. W procesie rozwoju niepowiązanych grup organizmów pod wpływem tych samych warunków środowiskowych u osobników powstają podobne narządy. Mają podobną budowę, ale różne pochodzenie i pełnią prawie te same funkcje.
Paralelizm jest bardzo bliski zbieżności - forma ewolucji, w której początkowo rozbieżne grupy rozwijają się w podobny sposób pod wpływem tych samych warunków. Istnieje cienka linia między zbieżnością a równoległością i często trudno jest przypisać ewolucję określonej grupy organizmów takiej czy innej formie.
Postęp biologiczny
Główne kierunki ewolucji zostały po raz pierwszy opisane w pracach A. N. Siewiecow. Zasugerował podkreślenie koncepcji postępu biologicznego. W pracach naukowca zarysowują się sposoby jego osiągnięcia, a także główne drogi i kierunki ewolucji. Idee Siewiercowa zostały opracowane przez I. I. Schmalhausen.
Głównymi kierunkami ewolucji świata organicznego, zidentyfikowanymi przez naukowców, są postęp biologiczny, regresja i stabilizacja. Z nazwy łatwo zrozumieć, jak te procesy różnią się od siebie. Postęp prowadzi do powstania nowych cech, które zwiększają stopień przystosowania organizmu do środowiska. Regresja wyraża się w zmniejszeniu wielkości grupy i jej różnorodności, co ostatecznie prowadzi do wyginięcia. Stabilizacja polega na utrwalaniu nabytych charakterystyk i ich przekazywaniu z generacji dogenerowanie we względnie niezmienionych warunkach.
W węższym znaczeniu, oznaczając główne kierunki ewolucji organicznej, mają na myśli właśnie postęp biologiczny i jego formy.
Istnieją trzy główne sposoby osiągnięcia postępu biologicznego:
- arogeneza;
- alogeneza;
- katageneza.
Arogeneza
Proces ten umożliwia podniesienie ogólnego poziomu organizacji w wyniku powstania aromorfozy. Proponujemy wyjaśnić, co oznacza to pojęcie. Aromorfoza jest więc kierunkiem ewolucji, prowadzącym do jakościowej zmiany żywych organizmów, której towarzyszy ich komplikacja i wzrost właściwości adaptacyjnych. W wyniku zmiany struktury funkcjonowanie jednostek staje się intensywniejsze, mają one możliwość korzystania z nowych, niewykorzystanych wcześniej zasobów. W konsekwencji organizmy stają się w pewnym sensie wolne od warunków środowiskowych. Na wyższym poziomie organizacji ich adaptacje mają w dużej mierze charakter uniwersalny, dając możliwość rozwoju niezależnie od warunków środowiskowych.
Dobrym przykładem aromorfozy jest transformacja układu krążenia kręgowców: pojawienie się czterech komór w sercu i rozdzielenie dwóch kręgów krążenia krwi - dużego i małego. Ewolucja roślin charakteryzuje się znacznym skokiem naprzód w wyniku formowania się łagiewki pyłkowej i nasion. Aromorfozy prowadzą do pojawienia się nowych jednostek taksonomicznych: klas, działów, typów i królestw.
Aromorfoza, według Siewiercowa, jest stosunkowo rzadką ewolucjązjawisko. Oznacza postęp morfofizjologiczny, który z kolei inicjuje ogólny postęp biologiczny, któremu towarzyszy znaczne rozszerzenie strefy adaptacyjnej.
Aromorfoza społeczna
Biorąc pod uwagę kierunek ewolucji rasy ludzkiej, niektórzy naukowcy wprowadzają pojęcie "aromorfozy społecznej". Oznacza uniwersalne zmiany w rozwoju organizmów społecznych i ich systemów, prowadzące do komplikacji, większej adaptacyjności i wzrostu wzajemnego oddziaływania społeczeństw. Do takich aromorfoz można zaliczyć np. pojawienie się techniki państwowej, poligraficznej i komputerowej.
Allogeneza
W toku postępu biologicznego zachodzą również zmiany o mniej globalnym charakterze. Są esencją allogenezy. Ten kierunek ewolucji (tabela poniżej) znacząco różni się od aromorfozy. Nie prowadzi do wzrostu poziomu organizacji. Główną konsekwencją allogenezy jest idioadaptacja. W rzeczywistości jest to prywatna zmiana, dzięki której organizm jest w stanie przystosować się do określonych warunków. Ten kierunek ewolucji świata organicznego pozwala blisko spokrewnionym gatunkom żyć na bardzo różnych obszarach geograficznych.
Wyrazistym przykładem takiego procesu jest rodzina wilków. Jego gatunki występują w różnych strefach klimatycznych. Każdy z nich ma określony zestaw adaptacji do środowiska, nie przewyższając jednocześnie żadnego innego gatunku pod względem organizacji.
Naukowcy identyfikują kilka typów idioadaptacji:
- w kształcie (na przykład opływowe ciałoptactwo wodne);
- według koloru (dotyczy to naśladownictwa, zabarwienia ostrzegawczego i ochronnego);
- do reprodukcji;
- do poruszania się (błony ptactwa wodnego, worek powietrzny ptaków);
- dostosowanie do warunków środowiskowych.
Różnice między aromorfozą a idioadaptacją
Niektórzy naukowcy nie zgadzają się z Siewiercowem i nie widzą wystarczających powodów, aby odróżnić idioadaptacje od aromorfoz. Uważają, że stopień postępu można ocenić dopiero po upływie znacznego czasu od wystąpienia zmiany. W rzeczywistości trudno jest zdać sobie sprawę, do jakich procesów ewolucyjnych doprowadzi nowa jakość lub rozwinięta umiejętność.
Zwolennicy Sewercowa sądzą, że idioadaptację należy rozumieć jako zmianę sylwetki, nadmierny rozwój lub redukcję narządów. Aromorfozy to znaczące zmiany w rozwoju embrionalnym i tworzeniu nowych struktur.
Katageneza
Ewolucja biologiczna może postępować wraz z uproszczeniem struktury organizmów. Katageneza to ogólna degeneracja, proces prowadzący do zmniejszenia organizacji istot żywych. Głównym rezultatem tej linii ewolucji (tabela porównująca trzy ścieżki znajduje się poniżej) jest pojawienie się tzw. katamorfoz lub prymitywnych znaków, które zastępują utracone postępowe. Przykładem organizmów, które przeszły etap ogólnej degeneracji, może być dowolny pasożyt. W większości tracą zdolność samodzielnego poruszania się, ich układ nerwowy jest znacznie uproszczony.i układy krążenia. Ale pojawiają się różne adaptacje dla lepszej penetracji ciała żywiciela i fiksacji na odpowiednich narządach.
| Arogeneza | Allogeneza | Katageneza | |
| Poważna zmiana | aromorfoza | idioadaptacja | katamorfoza |
| Istota kierunku |
|
|
|
| Przykłady |
|
|
|
Współczynnik
Główne kierunki ewolucji są ze sobą powiązane i stale się zastępują w toku rozwoju historycznego. Po kardynalnych przemianach w postaci aromorfozy lub degeneracji rozpoczyna się okres, w którym nowa grupa organizmów zaczyna się rozwarstwiać w wyniku rozwoju przez jej poszczególne części różnych stref geograficznych. Ewolucja zaczyna się od idioadaptacji. Po pewnym czasie nagromadzone zmiany prowadzą do nowego skoku jakościowego.
Kierunek ewolucji roślin
Nowoczesna flora nie pojawiła się od razu. Jak wszystkie organizmy, przebyła długą drogę do stawania się. Ewolucja roślin obejmowała nabycie kilku ważnych aromatów. Pierwszym z nich było pojawienie się fotosyntezy, która umożliwiła prymitywnym organizmom wykorzystanie energii światła słonecznego. Stopniowo, w wyniku przemian w morfologii i właściwościach fotosyntetycznych, pojawiły się glony.
Następnym krokiem było zagospodarowanie terenu. Do pomyślnego zakończenia „misji” potrzebna była jeszcze jedna aromorfoza - różnicowanie tkanek. Pojawiły się mchy i zarodniki. Dalsze komplikowanie organizacji wiąże się z transformacją procesu i metod reprodukcji. Takie aromaty jak zalążek, ziarna pyłku i wreszcie nasiona charakteryzują rośliny nagonasienne, które ewolucyjnie są bardziej rozwinięte niż zarodniki.
Ponadto ścieżki i kierunki ewolucji roślin przesunęły się w kierunku jeszcze większej adaptacji do warunków środowiskowych, zwiększając odporność na niekorzystne czynniki. W wyniku pojawienia się słupka i listka zarodkowego kwitnienie lubokrytozalążkowe, które są obecnie w stanie biologicznego postępu.
Królestwo zwierząt
Ewolucji eukariontów (komórka eukariotyczna zawiera uformowane jądro) z heterotroficznym typem odżywiania (heterotrofy nie są w stanie tworzyć materii organicznej za pomocą chemo- lub fotosyntezy) również towarzyszyło różnicowanie tkanek na pierwszych etapach. Coelenteraty mają jedną z pierwszych znaczących aromorfoz w ewolucji zwierząt: w zarodkach tworzą się dwie warstwy, ekto- i endoderma. W przypadku glist i płazińców struktura staje się już bardziej złożona. Mają trzecią warstwę zarodkową, mezodermę. Ta aromorfoza umożliwia dalsze różnicowanie tkanek i powstawanie narządów.
Następnym etapem jest utworzenie wtórnej jamy ciała i jej dalszy podział na sekcje. Pierścienie mają już parapodia (prymitywny typ kończyn), a także układ krążenia i oddechowy. Przekształcenie parapodi w kończyny stawowe i kilka innych zmian spowodowało pojawienie się typu stawonogów. Już po wylądowaniu owady zaczęły się aktywnie rozwijać z powodu pojawienia się błon embrionalnych. Dziś są najbardziej przystosowane do życia na ziemi.
Tak duże aromorfozy, jak formowanie się struny grzbietowej, cewy nerwowej, aorty brzusznej i serca, umożliwiły pojawienie się typu Chordata. Dzięki serii postępujących zmian różnorodność żywych organizmów została uzupełniona o ryby, owodniowce i gady. Ta ostatnia, ze względu na obecność błon embrionalnych, przestała być zależna od wody i osiadła na lądzie.
Dalejewolucja podąża ścieżką transformacji układu krążenia. Są zwierzęta stałocieplne. Adaptacje do lotu umożliwiły pojawienie się ptaków. Takie aromorfozy jak czterokomorowe serce i zanik prawego łuku aorty, wzrost półkul przodomózgowia i rozwój kory, wytworzenie się płaszcza i gruczołów sutkowych oraz szereg innych zmian doprowadziły do pojawienia się ssaki. Wśród nich w procesie ewolucji wyróżniały się zwierzęta łożyskowe, które dziś znajdują się w stanie biologicznego postępu.
Kierunki ewolucji rasy ludzkiej
Kwestia pochodzenia i ewolucji przodków współczesnych ludzi nie została jeszcze dokładnie zbadana. Dzięki odkryciom paleontologii i genetyki porównawczej zmieniły się już ugruntowane wyobrażenia o naszym „rodowodzie”. Jeszcze 15 lat temu dominował pogląd, że ewolucja hominidów przebiegała w typie linearnym, to znaczy składała się z coraz bardziej rozwiniętych form, które sukcesywnie się zastępowały: australopiteka, człowieka wykwalifikowanego, archantropa, neandertalczyka (paleoantropa), neoantropa (nowoczesny mężczyzna). Główne kierunki ewolucji człowieka, podobnie jak w przypadku innych organizmów, doprowadziły do powstania nowych adaptacji, wzrostu poziomu organizacji.
Dane uzyskane w ciągu ostatnich 10-15 lat wniosły jednak poważne korekty do już ustalonego obrazu. Nowe znaleziska i zaktualizowane datowanie wskazują, że ewolucja była bardziej złożona. Podrodzina Hominina (należąca do rodziny Hominidów) okazała się składać z prawie dwukrotnie większej liczby gatunków niżrozważano wcześniej. Jego ewolucja nie była liniowa, ale zawierała kilka jednocześnie rozwijających się linii lub odgałęzień, postępujących i ślepych zaułków. W różnych czasach współistniały ze sobą trzy lub cztery lub więcej gatunków. Zawężenie tej różnorodności nastąpiło w wyniku wypierania przez bardziej rozwinięte ewolucyjnie grupy innych, mniej rozwiniętych. Na przykład obecnie powszechnie przyjmuje się, że neandertalczycy i współcześni ludzie żyli w tym samym czasie. Ci pierwsi nie byli naszymi przodkami, ale równoległą gałęzią, którą zastąpiły bardziej zaawansowane homininy.
Zmiany progresywne
Główne aromorfozy, które doprowadziły do dobrobytu podrodziny, pozostają niewątpliwe. To jest dwunożność i wzrost mózgu. Naukowcy nie zgadzają się co do przyczyn powstania pierwszego. Przez długi czas uważano, że jest to wymuszony środek niezbędny do zagospodarowania otwartych przestrzeni. Jednak ostatnie dane sugerują, że przodkowie ludzi chodzili na dwóch nogach nawet w okresie życia na drzewach. Ta umiejętność pojawiła się w nich zaraz po oddzieleniu się od linii szympansów. Według jednej wersji homininy pierwotnie poruszały się jak współczesne orangutany, stojąc obiema stopami na jednej gałęzi i trzymając ręce na drugiej.
Rozwój mózgu przebiegał w kilku etapach. Zaczęło się od Homo habilis (zręcznego człowieka), który nauczył się robić najprostsze narzędzia. Wzrost objętości mózgu zbiegł się ze wzrostem udziału mięsa w diecie homininów. Wydaje się, że Habilis byli padlinożercami. Kolejnemu wzrostowi mózgu towarzyszył również wzrost ilości pokarmu mięsnego iprzesiedlenie naszych przodków poza rodzimy kontynent afrykański. Naukowcy sugerują, że zwiększenie udziału mięsa w diecie wiąże się z koniecznością uzupełnienia energii wydawanej na utrzymanie pracy powiększonego mózgu. Przypuszczalnie kolejny etap tego procesu zbiegł się z rozwojem ognia: gotowana żywność różni się nie tylko jakością, ale także kalorycznością, ponadto znacznie skraca się czas żucia.
Główne kierunki ewolucji organicznego świata, działające przez wiele stuleci, ukształtowały współczesną florę i faunę. Ruch tego procesu w kierunku adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych doprowadził do ogromnej różnorodności form życia. Główne kierunki ewolucji działają w ten sam sposób na wszystkich poziomach organizacji, o czym świadczą dane z biologii, ekologii i genetyki.
