BIOLOGINEN EVOLUUTIO: TEORIAT, PROSESSI, TODISTEET JA ESIMERKIT - BIOLOGIA

Biologisen evoluution on muutos ominaisuuksien eliöryhmien aikana sukupolville. Saman lajin organismiryhmiä kutsutaan "biologisiksi populaatioiksi".

Pohjimmiltaan moderni uusdarwinilainen evoluutioteoria sanoo, että evoluutio koostuu asteittaisesta elämänmuotojen vaihdosta. Se alkoi - oletettavasti - molekyylillä, jolla on kyky replikoitua noin 3,5 miljardia vuotta sitten.

Lähde: chensiyuan

Ajan myötä sukupolvien haarautuminen tapahtui ja uusia ja monimuotoisia lajeja syntyi. Tämän evoluutiovaiheen mekanismit ovat luonnollinen valinta ja geenien siirtyminen.

Evoluutiobiologian tarkoituksena on ymmärtää biologisen monimuotoisuuden alkuperä ja miten se ylläpidetään. Koska se on biologian keskeinen tiede, sitä pidetään yleensä yhdistävänä ajatuksena, joka yhdistää biotieteiden eri tieteet.

Tämä evoluutiobiologian yhdistävä ominaisuus merkittiin Theodosius Dobzhanskyn kuuluisassa lauseessa: "biologialla ei ole mitään järkeä paitsi evoluution valossa".

Nykyään evoluutiobiologia on nauttinut kaikista tieteen edistyksistä, mahdollistaen fylogeneesien jälleenrakentamisen käyttämällä lukuisia molekyylin merkkejä ja tehokasta tilastollista analyysiä.

Mikä on evoluutioprosessi?

Evoluutio on termi, joka on johdettu latinalaisista juurista evolvere, joka kääntyy piilotetun potentiaalin avautumiseen tai paljastamiseen. Nykyään sana evoluutio vain herättää muutoksen. Se on todennäköisesti osa päivittäistä sanakirjaamme viitata muutoksiin esineessä tai henkilössä.

Biologisella evoluutiolla tarkoitetaan kuitenkin organismimuutosten muutoksia sukupolvien läpi. Tätä evoluution yleistä määritelmää käyttää Futuyma (2005). On tärkeää huomata, että organismit yksilöinä eivät kehitty, kun taas organismit ryhmät.

Biologiassa kutsutaan populaatioiksi joukkoa samoja lajeja, jotka esiintyvät samanaikaisesti ajassa ja tilassa. Jotta populaation muutosta voidaan pitää evoluutiona, se on siirrettävä sukupolvelta toiselle geneettisen materiaalin kautta.

Tieteelliset evoluutioteoriat

Ihmiskunnasta lähtien ihminen on tuntenut luontaisen uteliaisuuden elämän alkuperästä ja sen orgaanisen olennon valtavan monimuotoisuuden olemassaolosta.

Koska brittiläisellä luonnontieteilijällä Charles Darwinilla (1809-1882) oli merkittävä vaikutus tämän tieteen kehitykseen, tarkastelemme teorioita, joita ehdotettiin ennen ja jälkeen hänen lausuntonsa.

Ennen Darwinia: kreationismi ja lajien pysyvyys

Ennen Darwinia luonnontieteilijöille ja muille tutkijoille oli ominaista kreationistinen ajattelu lajien alkuperästä.

Essentsialistiset visiat käsiteltiin, joissa jokaisella lajilla oli muuttumaton olemus ja ryhmässä havaitsemamme variaatio johtui vain olemisen puutteista. Tätä käsitystä käsiteltiin Platonin ja Aristoteleen aikana.

Aikaa myöhemmin kristityt alkoivat tulkita Raamatun kohtia kirjaimellisesti ymmärtäen, että luonnonmukaiset olennot loivat yhdessä tapahtumassa yliluonnollisen kokonaisuuden kautta. Tämä käsitys ei sallinut muutoksia lajeissa ajan myötä, koska ne oli luotu jumalallisen täydellisyyden alla.

1800-luvulla luonnontieteilijöiden tavoitteena oli kuvastoida Jumalan luoma jumalallinen suunnitelma. Esimerkiksi Linnaeus loi perustan nykyiselle taksonomialle seuraamalla tätä ajattelutapaa.

Myöhemmin eri ajattelijat kyseenalaistivat tämän näkemyksen. Aikakauden asiaankuuluva Darwini-aikaisemman teorian muotoili Jean Baptiste Lamarck. Hänelle jokainen laji oli alkanut erikseen spontaanin sukupolven kautta ja pystyi "etenemään" tai parantamaan ajan myötä.

Yksi Lamarckin asettamista merkityksellisimmistä periaatteista oli hankittujen hahmojen perintö. Tämä luonnontieteilijä uskoi, että erilaiset piirteet, jotka saamme koko elämämme, voitaisiin siirtää jälkeläisillemme.

Esimerkiksi Lamarkian-mielen mukaan kehonrakentajan, joka työskentelee kovasti kaikkia lihasryhmiään, piti olla lapsia, joilla on kehittyneet lihakset. Samaa periaatetta sovellettaisiin elinten käytöstä.

Darwinin ja Wallacen panos evoluutiobiologiaan: luonnollinen valinta

Charles Darwinin nimi esiintyy useimmissa biologiateksteissä erikoisuudesta riippumatta. Darwin mullisti biologian ja yleisesti tieteen uskomattomassa määrin - verrattavissa esimerkiksi Newtonin kommentteihin.

Nuoruudessaan Darwin piti ajatuksen uskollisena raamatullisille opetuksille. Uskonnollisen ajattelun mukana Darwin ilmaisi kuitenkin kiinnostuksensa luonnontieteistä, minkä vuoksi hän ympäröi itsensä tämän hetken loistavimmilla tieteellisillä mielissä.

Matka Beaglella

Darwinin elämä kääntyi käännökseen, kun hän aloitti varhaisessa iässä matkan HMS Beagle -laivalle, brittiläiselle alukselle, joka tutustui Etelä-Amerikan eri alueisiin. Muutaman vuoden kestäneen matkan jälkeen Darwin havaitsi ja keräsi valtavan monimuotoisuuden Etelä-Amerikan eläimistöstä ja kasvistoista.

Optimaalisen taloudellisen tilanteensa ansiosta Darwin pystyi omistamaan elämänsä yksinomaan biologisten tieteiden työlle. Laajojen meditaatioiden - ja myös taloustieteen luentojen - jälkeen Darwin loi luonnollisen valinnan teorian.

Luonnollinen valinta on yksinkertainen ja voimakas idea, joka on tärkeä evoluutiomekanismi - vaikkakaan ei ainoa, kuten näemme myöhemmin.

Darwin ei päätellyt tätä ajatusta yksinomaan. Nuori luonnontieteilijä nimeltä Alfred Wallace esitti itsenäisesti hyvin samanlaisia ideoita. Wallace kommunikoi Darwinin kanssa, ja molemmat esittelivät yhdessä evoluutioteorian luonnollisen valinnan avulla.

Lajien alkuperä

Myöhemmin Darwin esittelee mestariteoksensa "Lajien alkuperä", joka esittelee hänen teoriansa yksityiskohtaisesti ja vankalla näytöllä. Tässä kirjassa on kuusi painosta, joiden kanssa Darwin työskenteli koko elämänsä ajan.

Luonnollisen valinnan teorian mukaan jos yksilöiden populaatiossa on jotain hyödyllistä ja periytyvää variaatiota, ominaisuuden haltijoiden välillä tapahtuu erilainen lisääntyminen. Niillä on taipumus tuottaa lisää jälkeläisiä, mikä lisää piirteiden esiintymistiheyttä populaatiossa.

Lisäksi Darwin ehdotti myös yhteistä esi-isää: kaikki lajit ovat evoluutioajassaan poikenneet yhteisestä esi-isästään. Siten kaikki orgaaniset olennot voidaan edustaa suuressa elämäpuussa.

Darwinin jälkeen: uusdarwinismi ja synteesi

Heti "Alkuperä" -julkaisun julkaisemisen jälkeen puhkesi suuri kiista sen ajan tärkeimmistä tutkijoista. Vuosien kuluessa teoria hyväksyttiin kuitenkin vähitellen.

Oli biologia, jotka eivät koskaan hyväksyneet darwinilaisia ajatuksia, minkä vuoksi he ovat luoneet omat evoluutio teoriansa, jotka ovat nykyään melkein täysin diskreditoituja. Esimerkkejä tästä ovat muun muassa uuslamarkismi, ortogeneesi ja mutaatio.

30–40-luvun välisenä aikana kaikki anti-darwinilaiset teoriat hylättiin evoluutiosynteesin tulon myötä. Tämä koostui darwinilaisten ideoiden yhdistyksestä muun muassa geneetologien ja paleontologien, kuten Fisherin, Haldanen, Mayrin ja Wrightin, kanssa.

Synteesillä onnistuttiin yhdistämään evoluutioteoriat oikeilla geneettisillä periaatteilla, koska yksi niistä vaikeuksista, jotka Darwinin oli koettava työssään, oli geenien tietämättömyys perinnöllisyyspartikkeleina.

Todisteet evoluutiosta: vain teoria?

Nykyään biologinen evoluutio on tosiasia, jota tukevat vankat ja runsaat todisteet. Vaikka biologit eivät epäile prosessin todenmukaisuutta, kuulemme jokapäiväisessä elämässä, että evoluutio on "vain teoria" - pejoratiivisilla konnotaatioilla.

Tämä väärinkäsitys johtuu tosiasiasta, että käsitteellä "teoria" on eri merkitys tieteessä ja jokapäiväisessä elämässä. Useimmille teoria on epävarma ennuste tosiasiasta, jolle on ominaista heikko perusta. Tutkijalle teoria on johdonmukaisten ja oikein jäsenneltyjen ideoiden kokonaisuus.

Tämän ajatusjärjestyksen perusteella voimme päätellä, että evoluutio on tosiasia, ja sen selittämiseksi on olemassa mekanismeja, kuten luonnollisen valinnan teoria. Evoluutioprosessin merkittävimmät todisteet ovat seuraavat.

homologia

Kaksi prosessia tai rakennetta ovat homologisia, jos mainittu piirre periytyi suoraan yhteisestä esi-isästä. Evoluutiobiologiassa homologia on perusta, koska ne ovat ainoat ominaisuudet, jotka antavat meille mahdollisuuden palauttaa esi-jälkeläisten suhteet ryhmien välillä.

Morfologiset homologiat

Erittäin kuuluisa esimerkki homologiasta on tetrapodojen raajojen luut. Otetaanpa kolme eläintä, jotka eroavat toisistaan liikkumistavassaan, ymmärtääksesi miksi homologia on vankka näyttö evoluutioprosessista: ihmiset, valaat ja lepakot.

Näillä kolmella ryhmällä on jaloissaan perusrakenteellinen suunnitelma, koska he perivät sen yhteisestä esi-isästään. Toisin sanoen, esivanhemmalla tetrapodilla oli olkavarsi, jota seurasi säde ja ulna, ja lopulta sarja phalanxeja.

Ei ole toiminnallista syytä, miksi kolmella eläimellä, jolla on niin erilainen elämäntapa, tulisi olla sama luuston suunnitelma raajoissaan.

Jos elämä suunnitellaan, ei ole mitään syytä rakentaa vesi-, lentävää ja maaperäistä organismia, jolla on sama suunnitelma. Kukaan insinööri - riippumatta siitä kuinka kokematon - ei voisi luoda lentävää ja uima-organismia samalla tavalla.

Loogisin tapa selittää tämä on yhteinen esi-isä. Kaikki kolme perivät tämän rakennesuunnitelman esi-isältä ja kävivät läpi adaptiiviset muutokset, joita tänään näemme: siivet, evät ja aseet.

Molekyyliset homologiat

Homologiat eivät ole rajoittuneet elävän olennon anatomisiin piirteisiin. Ne voidaan todistaa myös molekyylitasolla. Elävien olentojen geneettinen tieto tallennetaan DNA: han ja käännetään kolmoismuodossa: kolme nukleotidia vastaa yhtä aminohappoa.

Yleinen molekyylihomologia on tämän geneettisen koodin lukeminen, koska käytännöllisesti katsoen kaikki orgaaniset olennot jakavat tämän kielen - vaikkakin on olemassa erityisiä poikkeuksia.

Fossiilitiedot

Kun Darwin ehdottaa luonnollisen valinnan teoriaansa, hän väittää, että fossiilitiedotteessa ei ole kaikkia asteittaisia siirtymämuotoja, koska se on epätäydellinen. Sitä vastoin darwinilaisten ajatusten vastustajat näkevät levyn epäjatkuvuuden todisteena teoriaa vastaan.

Meidän on muistettava, että orgaanisen olennon fossiilisoitumisprosessi on epätodennäköinen tapahtuma, johon liittyy todennäköisyys, että yksilö löytyy hyvästä kunnosta. Näistä syistä alle 1% kaikista koskaan eläneistä muodoista on edustettuina fossiilisten aineiden rekisterissä.

Tästä huolimatta on löydetty erittäin hyvin säilyneitä fossiileja, jotka toimivat "ikkuna menneisyyteen". Yksi kuuluisimmista on Archeopteryx. Tässä fossiilissa matelijan ja linnun väliset ominaisuudet erottuvat. Samoin meillä on useita hominidifossiileja, jotka ovat antaneet meille mahdollisuuden rekonstruoida ihmisten evoluutio.

Rekisterin epäjatkuvuuden selittämiseksi on ehdotettu joitain vaihtoehtoisia teorioita, kuten esimerkiksi välimäräisen tasapainon teoria.

eliömaantiede

Vaikka evoluutiota tukevat useiden tietämyksien todisteet, biogeografia vakuutti Darwinin evoluutioprosessin todenmukaisuudesta.

Elävien organismien jakautuminen maapallolla ei ole homogeenista, ja monet tämän kuvion näkökohdat voidaan selittää evoluutioteorialla - eikä erityisellä luomishypoteesillä.

Kun tutkimme valtamerten saarten eläimistöä (eristyneitä elementtejä, joilla ei ole koskaan ollut yhteyttä mantereeseen), havaitsemme, että lajien koostumus on hyvin erikoinen. Tämä voidaan nähdä esimerkiksi Pohjois-Atlantilla sijaitsevilla saarilla, joita kutsutaan Bermudan saariksi.

Alueella kotoisin olevia sellaisia selkärankaisia (ei-merilaisia) on hyvin vähän, joista pääasiassa ovat linnut, muuttoliikkeet ja liskoja. Joillakin näistä lajeista on merkittävä yhteys Pohjois-Amerikan eläimistöön. Toiset puolestaan ovat saarella endeemisiä eikä niitä löydy mistään muusta alueesta.

Tämä jakautumismalli on yhteensopiva evoluutioprosessien kanssa, koska alue siirtyy erityisesti eläimille, jotka kykenevät lentämään ja levittämään suuria etäisyyksiä.

Evoluutio toiminnassa: esimerkki evoluutiosta

Toinen väärinkäsitys evoluutiobiologiassa on, että se liittyy erittäin hitaaseen prosessiin.

Vaikka on totta, että monimutkaisten mukautusten, kuten voimakkaiden leukojen tai silmien, joilla on erinomainen näkö, saamiseksi meidän on odotettava muutama miljoona vuotta, on olemassa joitain evoluutioprosesseja, joita voimme tarkkailla omilla silmillä suhteellisen lyhyessä ajassa.

Seuraavaksi analysoimme Biston betularia-koi-tapausta esimerkkinä toiminnan evoluutiosta. Myöhemmin puhumme vastustuskyvystä antibiooteille ja torjunta-aineille, toisesta esimerkistä evoluutiosta, jota voimme havaita lyhyessä ajassa.

Teollinen melanismi ja

Yksi näkyvimmistä esimerkeistä evoluutiobiologiassa on teollinen melanismi. Tämä ilmiö dokumentoitiin teollisen vallankumouksen aikana ja onnistui luomaan yhteyden Biston betularia-koiran värimuutoksen ja sen elinympäristön pilaantumisen välillä.

Koi on kaksi morfologiaa: yksi vaalea ja toinen tumma. Ennen saastumista hallitseva variantti oli kevyt koi, luultavasti siksi, että se istui koivun kevyessä kuoressa ja että potentiaaliset saalistajat - linnut voivat jäädä huomaamatta.

Teollisen vallankumouksen seurauksena pilaantuminen lisääntyi merkittävästi. Puiden kuori alkoi saada yhä tummemman värin ja tämä aiheutti muutoksen koiden vaaleiden ja tummien varianttien taajuuksissa.

Tumma koi oli jonkin aikaa hallitseva muunnos, koska se pystyi paremmin piiloutumaan mustaantuneeseen kuoreen.

Myöhemmin toteutettiin ympäristön puhdistusohjelmia, jotka auttoivat vähentämään ympäristön pilaantumista. Näiden ohjelmien tehokkuuden ansiosta puut alkoivat palata alkuperäiseen ominaisväriinsä.

Kuten voimme arvata, koiden taajuus muuttui jälleen, selvä variantti oli hallitseva. Siten evoluutioprosessi dokumentoitiin 50 vuoden aikana.

Evoluutiomekanismit

Biologinen evoluutio on prosessi, joka käsittää kaksi vaihetta: variaation luominen ja sitten variaatioiden differentiaalinen toisto joko luonnollisella valinnalla tai geneettisellä siirtymisellä. Tästä syystä luonnollisen valinnan ja evoluution termejä ei tule käyttää vastaavasti - koska ne eivät ole.

Väestögenetiikan näkökulmasta evoluutio on alleelitaajuuksien muutos ajan myötä populaatiossa. Siten alleelitaajuuksia muuttavat voimat ovat valinta, ajautuminen, mutaatio ja migraatio.

Luonnonvalinta

Kuten aiemmin mainitsimme, Darwinin suurin panos biologiaan oli luonnollisen valinnan teorian ehdottaminen. Tiedotusvälineet ovat tulkineet sitä väärin ja esittäneet väärin, yhdistäen sen vääriin lauseisiin, kuten: "kovimman selviytyminen".

Luonnollisen valinnan edellytykset

Luonnollinen valinta on yksinkertainen idea, jolla on upeat tulokset. Jos järjestelmä täyttää seuraavat ominaisuudet, se kehittyy - väistämättä - luonnollisen valinnan avulla:

Evoluutiobiologian sovellukset

Evoluutiobiologialla on useita sovelluksia, sekä lääketieteen, maatalouden, säilyttämisbiologian että muiden tieteiden aloille.

Lääke

Evoluutioteoria on olennainen tiede lääketieteen alalla. Esimerkiksi se antaa meille mahdollisuuden ennustaa antibioottien mielivaltaisen käytön tuloksia tartuntatautien hoidossa.

Kun käytämme antibioottia tarpeettomasti tai emme suorita lääketieteellistä hoitoa, poistamme ei-resistentit variantit, mutta resistentit yksilöt lisäävät niiden esiintymistiheyttä bakteeripopulaatiossa.

Tällä hetkellä bakteerien vastustuskyky useimmille antibiooteille on maailmanlaajuisesti kiinnostava ja huolestuttava aihe. Antibioottien käytön tuntemuksen lisääminen on yksi tapa vähentää tätä komplikaatiota.

Esimerkiksi Staphylococcus aureus -bakteerit ovat yleisiä leikkaussalissa ja aiheuttavat infektioita potilailla leikkausten aikana.

Nykyään bakteerit ovat täysin resistenttejä useille antibiooteille, kuten penisilliinille, ampisilliinille ja vastaaville lääkkeille. Vaikka sen torjumiseksi on kehitetty uusia antibiootteja, lääkkeet ovat vähemmän tehokkaita.

Resistenssikriisi on yksi dramaattisimpia esimerkkejä evoluutiosta, jota voimme tarkkailla omilla silmillämme, joten se toimii myös todisteena evoluutioprosessista.

Maatalous ja karjankasvatus

Sama evoluutioperiaate voidaan ekstrapoloida torjunta-aineiden käyttöön tuholaisten hävittämiseksi viljelykasveissa, joilla on merkittävä taloudellinen merkitys. Jos samantyyppistä torjunta-ainetta käytetään pitkään, suosimme vastustuskykyisten varianttien lisäämistä.

Samoin viljelijät pyrkivät saamaan "parhaat" eläimet, jotka maksimoivat tuotannon (maito, liha jne.). Nämä karjaajat valitsevat yksilöt, jotka he pitävät käytännössä hyödyllisimmin. Sukupolvien myötä yksilöt muistuttavat yhä enemmän sitä, mitä ihmiset haluavat.

Tämä ihmisen keinotekoisen valinnan prosessi muistuttaa luonnollista valintaa eroavien lisääntymismenestysten suhteen. Siinä huomattavassa erossa, että luonnossa ei ole valintakokonaisuutta.

Suojelubiologia

Suojeluun liittyvissä kysymyksissä sellaisten ilmiöiden kuin "pullonkaulojen" ja risteytysten aiheuttaman kuntokyvyn ymmärtäminen antaa mahdollisuuden välttää niitä ja laatia suojelusuunnitelmia, jotka lisäävät kuntoa ja pitävät väestön terveenä.

Viitteet

Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologia: tiede ja luonto. Pearson koulutus.
Darwin, C. (1859). Lajien alkuperä luonnollisen valinnan avulla. Murray.
Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluutioanalyysi. Prentice Hall.
Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer.
Hall, BK (Toimitus). (2012). Homologia: Vertailevan biologian hierarkkinen perusta. Academic Press.
Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integroituneet eläintieteen periaatteet. McGraw-Hill.
Kardong, KV (2006). Selkärankaiset: vertaileva anatomia, toiminta, evoluutio. McGraw-Hill.
Kliman, RM (2016). Encyclopedia of Evolutionary Biology. Academic Press.
Losos, JB (2013). Princetonin opas evoluutioon. Princeton University Press.
Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, ja Jackson, RB (2014). Campbell-biologia. Pearson.
Rice, SA (2009). Tietosanakirja evoluutiosta. Infobase-julkaisu.
Russell, P., Hertz, P., ja McMillan, B. (2013). Biologia: Dynaaminen tiede. Nelson koulutus.
Soler, M. (2002). Evoluutio: biologian perusta. Etelä-projekti.
Starr, C., Evers, C., ja Starr, L. (2010). Biologia: käsitteet ja sovellukset ilman fysiologiaa. Cengagen oppiminen.
Wake, DB, Wake, MH ja Specht, CD (2011). Homoplasia: kuvion havaitsemisesta evoluutioprosessin ja mekanismin määrittämiseen. Science, 331 (6020), 1032 - 1035.

BIOLOGINEN EVOLUUTIO: TEORIAT, PROSESSI, TODISTEET JA ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026