BIOLOGICKÁ EVOLUCE: TEORIE, PROCES, DŮKAZY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE

Biologická evoluce je změna ve vlastnostech skupin organismů v průběhu generací. Skupiny organismů stejného druhu jsou známé jako „biologické populace“.

V moderní novodarvinské teorii evoluce se v podstatě říká, že evoluce spočívá v postupné změně forem života. Začalo to - pravděpodobně - molekulou se schopností replikace před asi 3,5 miliardami let.

Zdroj: chensiyuan

Postupem času došlo k větvení linií a objevily se nové a rozmanité druhy. Mechanismy této evoluční změny jsou přirozený výběr a posun genů.

Evoluční biologie se snaží pochopit původ biologické rozmanitosti a její zachování. Protože se jedná o ústřední vědu v biologii, je obecně považována za sjednocující myšlenku, která integruje různé disciplíny biologických věd.

Tato sjednocující vlastnost evoluční biologie byla poznamenána slavnou frází Theodosia Dobžanského: „v biologii nemá smysl nic, s výjimkou světla evoluce.“

Evoluční biologie se dnes těšila veškerému vědeckému pokroku, který umožnil rekonstrukci fylogenií pomocí četných molekulárních znaků a silné statistické analýzy.

Co je to evoluční proces?

Evoluce je termín odvozený z latinských kořenů evolvere, který se projevuje odvíjením nebo odhalením skrytého potenciálu. Dnes slovo evoluce jednoduše vyvolá změnu. Pravděpodobně je součástí našeho denního lexikonu odkazovat na změny v objektu nebo osobě.

Biologická evoluce se však týká změn ve skupinách organismů průchodem generací. Tuto obecnou definici evoluce používá Futuyma (2005). Je důležité si uvědomit, že organismy jako jednotlivci se nevyvíjejí, zatímco skupiny organismů ano.

V biologii se soubor jedinců stejného druhu, kteří koexistují v čase a prostoru, nazývá populace. Aby byla změna v populaci považována za evoluční, musí být předána z jedné generace na druhou prostřednictvím genetického materiálu.

Vědecké teorie evoluce

Od nepaměti člověk pociťoval vnitřní zvědavost na původ života a na existenci obrovské rozmanitosti, kterou organické bytosti představují.

Protože britský přírodovědec Charles Darwin (1809-1882) měl významný dopad na vývoj této vědy, prozkoumáme teorie navržené před a po jeho příspěvcích.

Před Darwinem: kreacionismus a neměnnost druhů

Před Darwinem byli přírodovědci a další vědci charakterizováni kreacionistickým uvažováním o původu druhů.

Byly zpracovány esencialistické vize, kde každý druh měl neměnnou podstatu a rozdíly, které jsme pozorovali ve skupině, byly způsobeny pouze nedokonalostí bytí. Tato koncepce byla zpracována v době Platóna a Aristotela.

Později křesťané začali interpretovat pasáže Bible doslova, přičemž pochopili, že organické bytosti byly v jedné události vytvořeny nadpřirozenou entitou. Tato koncepce neumožnila změny v druhu v průběhu času, protože byly vytvořeny pod božskou dokonalostí.

V 18. století bylo cílem naturalistů katalogizovat Boží plán, který Bůh vytvořil. Například Linnaeus položil základy současné taxonomie sledováním této linie myšlení.

Později tento názor napadli různí myslitelé. Nejrelevantnější předarwinovskou teorii času formuloval Jean Baptiste Lamarck. Pro něj každý druh pocházel individuálně prostřednictvím spontánní generace a byl schopen "postupovat" nebo se postupem času zlepšovat.

Jedním z nejdůležitějších principů stanovených Lamarckem bylo dědictví získaných postav. Tento přírodovědec věřil, že různé vlastnosti, které získáme v průběhu našich životů, lze přenést na naše potomky.

Například podle Lamarkovského pohledu musí mít kulturista, který tvrdě pracuje na všech svých svalových skupinách, děti s rozvinutými svaly. Stejný princip by platil i při zneužívání orgánů.

Příspěvky Darwina a Wallaceho k evoluční biologii: přirozený výběr

Jméno Charlese Darwina se objevuje ve většině biologických textů, bez ohledu na jeho specialitu. Darwin revolucionalizoval biologii a vědu obecně v neuvěřitelném rozsahu - srovnatelný například s Newtonovými příspěvky.

Darwin ve své mládí udržoval myšlenku věrnou biblickému učení. Darwin však spolu s náboženským myšlením projevil zájem o přírodní vědy, a proto se obklopil těmi nejskvělejšími vědeckými myslími současnosti.

Cesta na Beagle

Darwinův život se změnil, když v útlém věku zahájil cestu na palubu britské lodi HMS Beagle, která prozkoumala různé oblasti Jižní Ameriky. Po cestě, která trvala několik let, Darwin pozoroval a sbíral obrovskou rozmanitost jihoamerické fauny a flóry.

Díky své optimální finanční situaci mohl Darwin zasvětit svůj život výhradně své práci v biologických vědách. Po rozsáhlých meditacích - a také přednáškách o ekonomii - Darwin vytvořil svou teorii přirozeného výběru.

Přirozený výběr je jednoduchý a mocný nápad, který je důležitým evolučním mechanismem - i když ne jediným, jak uvidíme později.

Darwin tuto myšlenku nevyvodil pouze. Mladý přírodovědec jménem Alfred Wallace nezávisle přišel s velmi podobnými nápady. Wallace komunikoval s Darwinem a oba společně představili teorii evoluce přirozeným výběrem.

Původ druhů

Později Darwin představuje své mistrovské dílo „Původ druhů“, které jeho teorii podrobně a důkladně rozvádí. Tato kniha má šest vydání, na kterých Darwin pracoval po celý svůj život.

Teorie přirozeného výběru tvrdí, že pokud existuje nějaká užitečná a dědičná variace v populaci jednotlivců, dojde k rozdílné reprodukci mezi vlastníky vlastnosti. Ty budou mít tendenci vytvářet více potomků, čímž se zvýší frekvence zvláštností v populaci.

Kromě toho Darwin také navrhl společného předka: všechny druhy se v evoluční době lišily od společného předka. Všechny organické bytosti tak mohou být zastoupeny ve velkém stromě života.

Po Darwinovi: Nearantwinismus a syntéza

Bezprostředně po vydání publikace „The Origin“ vypukla mezi nejvýznamnějšími vědci té doby velká diskuse. S postupem let však byla teorie postupně přijímána.

Byli tam biologové, kteří nikdy nepřijali darwinovské myšlenky, takže vytvořili své vlastní evoluční teorie, dnes téměř zdiskreditované. Příkladem je mimo jiné neo-Lamarkismus, orthogeneze a mutace.

Mezi 30. a 40. roky byly všechny anti-darwinovské teorie vyřazeny s příchodem evoluční syntézy. Jednalo se o spojení darwinovských myšlenek s přispěním řady genetiků a paleontologů, jako jsou Fisher, Haldane, Mayr a Wright.

Syntéze se podařilo sjednotit evoluční teorie se správnými genetickými principy, protože jednou z obtíží, které musel Darwin během své práce zažít, byla neznalost genů jako částic dědičnosti.

Důkazy pro evoluci: pouze teorie?

Biologická evoluce je dnes skutečností podloženou robustními a hojnými důkazy. Ačkoli biologové nepochybují o pravdivosti procesu, v každodenním životě slyšíme, že evoluce je „jen teorie“ - s hanebnými konotacemi.

Toto nedorozumění pramení ze skutečnosti, že pojem „teorie“ má ve vědě a v každodenním životě různé významy. Pro většinu lidí je teorie nejistá předpověď skutečnosti, která se vyznačuje slabým základem. Pro vědce je teorie teorií soudržných a správně strukturovaných myšlenek.

Na základě tohoto pořadí myšlenek můžeme dojít k závěru, že evoluce je skutečnost a existují mechanismy, které ji vysvětlují, jako je teorie přirozeného výběru. Nejvýznamnější důkazy evolučního procesu jsou následující.

Homologie

Dva procesy nebo struktury jsou homologní, pokud byl uvedený znak zděděn přímo od společného předka. V evoluční biologii je homologie zásadním bodem, protože jsou to jediné charakteristiky, které nám umožňují rekonstruovat vztahy mezi předky a potomky.

Morfologické homologie

Velmi slavným příkladem homologie jsou končetinové kosti tetrapodů. Vezměme si tři zvířata, která se liší svým způsobem lokomoce, abychom pochopili, proč je homologie spolehlivým důkazem evolučního procesu: lidé, velryby a netopýři.

Tyto tři skupiny sdílejí ve svých předních končetinách základní strukturální plán, protože jej zdědily od společného předka. To znamená, že rodový tetrapod měl humerus, následovaný poloměrem a ulnou a nakonec řadu falang.

Neexistuje funkční důvod, proč by tři zvířata s takovým rozdílným životním stylem měla sdílet stejný plán kostí ve svých končetinách.

Pokud byl navržen život, není důvod stavět vodní, létající a suchozemský organismus se stejným plánem. Žádný inženýr - bez ohledu na to, jak nezkušení - by vytvořil létající a plavecký organismus stejným způsobem.

Nejlogičtějším způsobem, jak to vysvětlit, je obyčejný rodový původ. Všichni tři zdědili tento strukturální plán od předka a podstoupili adaptivní úpravy, které dnes vidíme: křídla, ploutve a paže.

Molekulární homologie

Homologie nejsou omezeny na anatomické rysy živé bytosti. Mohou být také prokázány na molekulární úrovni. Genetická informace živých bytostí je uložena v DNA a je přeložena ve formě trojic: tři nukleotidy odpovídají jedné aminokyselině.

Čtením tohoto genetického kódu je univerzální molekulární homologie, protože tento jazyk sdílí prakticky všechny organické bytosti - ačkoli existují velmi specifické výjimky.

Fosilní záznam

Když Darwin navrhuje svou teorii přirozeného výběru, argumentuje tím, že ve fosilním záznamu nejsou přítomny všechny postupné přechodné formy, protože je neúplný. Naproti tomu odpůrci darwinovských myšlenek považují diskontinuitu záznamu za důkaz proti teorii.

Musíme si uvědomit, že proces fosilizace organické bytosti je nepravděpodobná událost spojená s pravděpodobností, že se vzorek nachází v dobrém stavu. Z těchto důvodů je ve fosilních záznamech zastoupeno méně než 1% všech forem, které kdy žily.

Přesto byly nalezeny velmi dobře zachované fosílie, které slouží jako „okno do minulosti“. Jedním z nejslavnějších je Archeopteryx. V této fosilii vynikají střední vlastnosti mezi plazem a ptákem. Stejně tak máme několik fosilií hominidů, které nám umožnily rekonstruovat evoluci lidí.

Byly navrženy některé alternativní teorie, které vysvětlují diskontinuitu registru, například teorii interpunkční rovnováhy.

Biogeografie

I když je evoluce podporována důkazy mnoha oborů znalostí, byla to právě biogeografie, která Darwina přesvědčila o pravdivosti evolučního procesu.

Distribuce živých organismů na planetě Zemi není homogenní a mnoho aspektů tohoto vzorce lze vysvětlit evoluční teorií - a ne hypotézou zvláštního stvoření.

Když zkoumáme faunu oceánských ostrovů (izolované prvky, které nikdy neměly kontakt s pevninou), zjistíme, že druhové složení je velmi zvláštní. Například to lze vidět na ostrovech nacházejících se v severním Atlantiku, zvaných ostrovy Bermudy.

Vertebrates (non-námořní) domorodec k oblasti být velmi nemnoho, hlavně ptáci, stěhovavé netopýry a ještěrky, mezi ostatními. Některé z těchto druhů vykazují významný vztah k fauně Severní Ameriky. Jiní jsou pro ostrov endemičtí a nenacházejí se v žádné jiné oblasti.

Tento distribuční vzorec je kompatibilní s evolučními procesy, protože oblast je specificky kolonizována zvířaty schopnými letět a rozptylovat velké vzdálenosti.

Evoluce v akci: příklad evoluce

Další nedorozumění v evoluční biologii je to, že souvisí s extrémně pomalým procesem.

I když je pravda, že k získání komplexních adaptací, jako jsou silné čelisti nebo oči s vynikající vizí, bychom museli počkat několik milionů let, existují určité evoluční procesy, které můžeme pozorovat na vlastní oči v relativně krátkém časovém období.

Dále budeme analyzovat případ můry Biston betularia jako příklad vývoje v akci. Později budeme hovořit o odolnosti vůči antibiotikům a pesticidům, což je další příklad vývoje, který můžeme pozorovat v krátkém časovém období.

Průmyslový melanismus a

Jedním z nejvýznamnějších příkladů v evoluční biologii je průmyslový melanismus. Tento jev byl zdokumentován během průmyslové revoluce a podařilo se mu navázat vztah mezi změnou zbarvení můry Biston betularia a kontaminací jejího stanoviště.

Můra má dvě morfologie: jedno světlo a jednu tmu. Před kontaminací byla dominantní varianta lehká můra, pravděpodobně proto, že se posazila na světlou kůru březových stromů a potenciální dravci - ptáci si ji mohli nevšimnout.

S příchodem průmyslové revoluce se znečištění zvýšilo na významnou úroveň. Kůra stromů začala nabírat stále tmavší barvu a to vedlo ke změně frekvencí světlých a tmavých variant můry.

Temná můra byla nějakou dobu dominantní variantou, protože se mohla lépe skrýt v zčernalé kůře.

Následně byly implementovány programy čištění životního prostředí, které pomohly snížit znečištění životního prostředí. Díky účinnosti těchto programů začaly stromy znovu získávat svou původní charakteristickou barvu.

Jak můžeme hádat, frekvence molů se opět změnila, jasná varianta je dominantní. Evoluční proces byl tedy dokumentován v období 50 let.

Mechanismy evoluce

Biologická evoluce je proces, který zahrnuje dva kroky: generování variace a potom diferenciální reprodukci variací buď přirozeným výběrem nebo genetickým driftem. Z tohoto důvodu by se pojmy přirozený výběr a vývoj neměly používat zaměnitelně - protože nejsou.

Z pohledu populační genetiky je evoluce změnou alelických frekvencí v čase v rámci populace. Síly, které mění frekvence alel, jsou výběr, drift, mutace a migrace.

Přírodní výběr

Jak jsme již zmínili, Darwinův největší přínos k biologii navrhoval teorii přirozeného výběru. To bylo v médiích silně nesprávně interpretováno a nesprávně prezentováno a spojeno s nesprávnými frázemi, jako například: „přežití nejvhodnějších“.

Podmínky pro přirozený výběr

Přirozený výběr je jednoduchý nápad a má skvělé výsledky. Pokud systém splňuje následující charakteristiky, bude se nevyhnutelně vyvíjet přirozeným výběrem:

Evoluční biologické aplikace

Evoluční biologie má řadu aplikací, jak pro medicínu, zemědělství, biologii zachování, tak pro další obory.

Lék

Teorie evoluce je nezbytnou vědou v oblasti medicíny. Například nám umožňuje předpovídat výsledek nerozlišujícího používání antibiotik k léčbě infekčních chorob.

Pokud zbytečně aplikujeme antibiotikum nebo nedokončíme léčbu, odstraníme rezistentní varianty, ale rezistentní jedinci zvýší jejich frekvenci v bakteriální populaci.

V současné době je problém bakteriální rezistence na většinu antibiotik předmětem globálního zájmu a zájmu. Jedním ze způsobů, jak tuto komplikaci zmírnit, je zvyšování povědomí o používání antibiotik.

Například bakterie Staphylococcus aureus jsou běžné v operačních sálech a způsobují infekce u pacientů během operací.

Dnes jsou bakterie plně rezistentní na řadu antibiotik, jako je penicilin, ampicilin a související léky. Ačkoli byla vytvořena nová antibiotika, která působí proti němu, léky jsou stále méně účinné.

Krize odporu je jedním z nejdramatičtějších příkladů evoluce, které můžeme pozorovat na vlastní oči, takže také slouží jako důkaz evolučního procesu.

Zemědělství a chov dobytka

Stejný evoluční princip lze extrapolovat na použití pesticidů pro odstranění škůdců v plodinách se značným ekonomickým významem. Pokud se stejný typ pesticidů aplikuje po dlouhou dobu, zvýhodníme zvýšení rezistentních variant.

Obdobně se zemědělci snaží získat „nejlepší“ zvířata, která maximalizují produkci (mléko, maso atd.). Tito ranči vybírají jednotlivce, kteří jsou z praktického hlediska nejužitečnější. Jak generace přecházejí, lidé se stále více podobají tomu, co lidé žádají.

Tento proces umělé selekce člověka se podobá přirozenému výběru, pokud jde o odlišný reprodukční úspěch. S pozoruhodným rozdílem, že v přírodě neexistuje žádná výběrová entita.

Biologie zachování

Pokud jde o otázky ochrany, porozumění jevům, jako jsou „úzká hrdla“ a snížení kondice způsobené inbreedingem, jim lze zabránit a vytvořit plány ochrany, které zvyšují kondici a udržují populaci „zdravou“.

Reference

Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologie: věda a příroda. Pearsonovo vzdělávání.
Darwin, C. (1859). O původu druhů pomocí přirozeného výběru. Murray.
Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluční analýza. Prentice Hall.
Futuyma, DJ (2005). Vývoj. Sinauer.
Hall, BK (Ed.). (2012). Homologie: Hierarchický základ srovnávací biologie. Academic Press.
Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrované základy zoologie. McGraw-Hill.
Kardong, KV (2006). Obratlovci: srovnávací anatomie, funkce, vývoj. McGraw-Hill.
Kliman, RM (2016). Encyklopedie evoluční biologie. Academic Press.
Losos, JB (2013). Princetonský průvodce evolucí. Princeton University Press.
Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV a Jackson, RB (2014). Campbell biologie. Pearson.
Rice, SA (2009). Encyklopedie evoluce. Infobase Publishing.
Russell, P., Hertz, P. a McMillan, B. (2013). Biologie: Dynamická věda. Nelson Vzdělání.
Soler, M. (2002). Evoluce: základ biologie. Jižní projekt.
Starr, C., Evers, C. a Starr, L. (2010). Biologie: koncepce a aplikace bez fyziologie. Cengage Learning.
Wake, DB, Wake, MH a Specht, CD (2011). Homoplasie: od detekce vzoru k určení procesu a mechanismu evoluce. Science, 331 (6020), 1032-1035.

BIOLOGICKÁ EVOLUCE: TEORIE, PROCES, DŮKAZY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025