Ewolucja biologiczna implikuje naturalny rozwój organizmów żywych, któremu towarzyszą zmiany składu genetycznego populacji, a także wzrost właściwości adaptacyjnych, pojawienie się nowych gatunków i wyginięcie starych. Wszystkie te czynniki z czasem zmieniają zarówno ekosystem, jak i całą biosferę.
Podstawowa teoria
Istnieje kilka wersji wyjaśniających mechanizmy, na których zbudowany jest proces ewolucyjny. Większość naukowców jest obecnie oddanych syntetycznej teorii ewolucji (STE), opartej na połączeniu genetyki populacyjnej i darwinizmu. Teoria syntetyczna wyjaśnia związek między mutacjami genetycznymi, czyli materiałem ewolucji, a doborem naturalnym (mechanizm ewolucji). Proces ewolucyjny w ramach tej teorii to proces zmiany częstości alleli różnych genów w populacjach gatunków na przestrzeni kilku pokoleń.
Wzory i zasady ewolucji
Ewolucja jest procesem nieodwracalnym. Każdy organizm, który poprzez nagromadzenie pozytywnych mutacji był w stanie przystosować się do nowych warunków, wracając do poprzedniego środowiska, będzie musiał ponownie przejść ścieżkę adaptacji. Co więcej, żaden gatunek biologiczny nie może zostać całkowicie ustalony,Karol Darwin napisał, że nawet jeśli siedlisko stanie się takie samo jak poprzednio, wyewoluowany gatunek nie będzie w stanie powrócić do poprzedniego stanu. Oznacza to, że zwierzęta będą w stanie przystosować się do powrotu do starych warunków, ale nie w „stary” sposób.
Widać to łatwo w przypadku delfinów. Wewnętrzna budowa ich płetw (wraz z waleniami) zachowuje cechy kończyn ssaków. Mutacje aktualizują pulę genów pokolenia, więc nigdy się nie powtarzają. Pomimo tego, że delfiny i wieloryby zmieniły swoje siedlisko, a pięciopalczaste kończyny zamieniły się w płetwy, nadal są ssakami. Tak jak gady wyewoluowały z płazów na pewnym etapie, ale nawet wracając do poprzedniego środowiska, nie będą w stanie dać początek płazom.
Kolejny przykład tej ewolucyjnej zasady: wiecznie zielony krzew Ruscus. Na jej łodydze znajdują się błyszczące, duże i grube liście, które w rzeczywistości są zmodyfikowanymi gałęziami. Prawdziwe liście są łuskowate i znajdują się pośrodku tych „łodyg”. Wczesną wiosną z zatoki łuski pojawia się kwiat, z którego później rozwinie się owoc. Igła rzeźnika pozbyła się liści w procesie ewolucji, w wyniku czego była w stanie przystosować się do suszy, ale potem ponownie wpadła do środowiska wodnego, ale zamiast prawdziwych liści pojawiły się zmodyfikowane łodygi.
Niejednorodność
Zasady ewolucji mówią, że proces jest bardzo niejednorodny i nie jest zdeterminowany przez czas astronomiczny. Na przykład istnieją zwierzęta, które istniały wniezmienione od setek milionów lat. Są to ryby płetwiaste, hatterie i ogony szablaste są żywymi skamieniałościami. Ale zdarza się, że specjacja i modyfikacja zachodzą bardzo szybko. W ciągu ostatnich 800 tysięcy lat w Australii i na Filipinach pojawiły się nowe gatunki gryzoni, a jezioro Bajkał w ciągu ostatnich 20 milionów lat wzbogaciło się o 240 gatunków raków, które dzielą się na 34 nowe rodzaje. Powstanie lub zmiana gatunku nie zależy od czasu jako takiego, ale jest zdeterminowane przez brak przystosowania i liczbę pokoleń. Oznacza to, że im szybciej gatunek się rozmnaża, tym wyższe tempo ewolucji.
Systemy zamknięte
Procesy takie jak ewolucja, dobór naturalny i mutacje mogą przebiegać znacznie szybciej. Dzieje się tak, gdy warunki środowiskowe są niestabilne. Jednak w głębokich oceanach, wodach jaskiniowych, wyspach i innych odizolowanych obszarach ewolucja, dobór naturalny i specjacja przebiegają bardzo powoli. To wyjaśnia fakt, że ryby płetwiaste pozostają niezmienione przez wiele milionów lat.
Prześledź zależność ewolucji od tempa doboru naturalnego w przypadku owadów. W latach trzydziestych ubiegłego wieku zaczęto stosować trujące leki od szkodników, ale po kilku latach pojawiły się gatunki przystosowane do działania leku. Formy te zajęły dominującą pozycję i szybko rozprzestrzeniły się po całej planecie.
W leczeniu wielu chorób często stosowano silne antybiotyki – penicylinę, streptomycynę, gramicydynę. Weszły w życie zasady ewolucji: już w latach czterdziestychnaukowcy zauważyli pojawienie się mikroorganizmów odpornych na te leki.
Wzory
Istnieją trzy główne kierunki ewolucji: konwergencja, dywergencja i równoległość. Podczas dywergencji obserwuje się stopniową dywergencję cech wewnątrzgatunkowych, która ostatecznie prowadzi do nowych grup osobników. W miarę pogłębiania się różnic w strukturze i sposobie pozyskiwania pożywienia zgrupowania zaczynają się rozchodzić na inne terytoria. Jeśli jeden obszar jest zajęty przez zwierzęta o takich samych wymaganiach pokarmowych, to z czasem, gdy podaż pokarmu będzie się zmniejszać, będą musiały opuścić ten obszar i przystosować się do innych warunków. Jeśli na tym samym terytorium występują gatunki o różnych potrzebach, konkurencja między nimi jest znacznie mniejsza.
Żywym przykładem tego, jak zachodzi ewolucyjny proces dywergencji jest 7 powiązanych ze sobą gatunków jeleni: są to renifery, marale, łosie, jelenie sika, daniele, jelenie piżmowe i sarny.
Gatunki o wysokim stopniu rozbieżności mają zdolność pozostawiania dużego potomstwa i mniej konkurowania ze sobą. Gdy rozbieżność cech jest wzmocniona, populacja dzieli się na podgatunki, które w wyniku doboru naturalnego mogą ostatecznie przekształcić się w odrębne gatunki.
Społeczność
Konwergencja nazywana jest również ewolucją systemów żywych, w wyniku której niespokrewnione gatunki mają wspólne cechy. Przykładem zbieżności jest podobieństwo kształtu ciała wdelfiny (ssaki), rekiny (ryby) i ichtiozaury (gady). To wynik egzystencji w tym samym środowisku i w tych samych warunkach życia. Agama wspinaczkowa i kameleon również nie są ze sobą spokrewnione, ale mają bardzo podobny wygląd. Skrzydła są również przykładem zbieżności. U nietoperzy i ptaków powstały przez zmianę kończyn przednich, ale u motyla są to narośla ciała. Konwergencja jest bardzo powszechna wśród różnorodności gatunkowej planety.
Równoległość
Ten termin pochodzi od greckiego "parallelos", co oznacza "chodzenie obok" i to tłumaczenie dobrze wyjaśnia jego znaczenie. Paralelizm to proces niezależnego nabywania podobnych cech strukturalnych wśród blisko spokrewnionych grup genetycznych, który zachodzi dzięki obecności cech odziedziczonych po wspólnych przodkach. Ten rodzaj ewolucji ma charakter powszechny. Przykładem tego jest pojawienie się płetw jako adaptacji do środowiska wodnego, które u morsów, fok uszatych i fok prawdziwych tworzyły się równolegle. Również wśród wielu skrzydlatych owadów nastąpiło przejście przednich skrzydeł do elytry. Ryby płetwiaste mają oznaki płazów, a jaszczurki o zębach zwierzęcych mają oznaki ssaków. Obecność równoległości świadczy nie tylko o jedności pochodzenia gatunków, ale także o podobnych warunkach egzystencji.
