БІОЛОГІЧНА ЕВОЛЮЦІЯ: ТЕОРІЇ, ПРОЦЕС, ДОКАЗИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ

Біологічна еволюція є зміною властивостей груп організмів в ході поколінь. Групи організмів одного виду відомі як "біологічні популяції".

По суті, сучасна неодарвінська теорія еволюції говорить, що еволюція складається з поступової зміни форм життя. Він розпочався - імовірно - з молекули, здатної відтворювати себе близько 3,5 мільярдів років тому.

Джерело: chensiyuan

З часом відбулося розгалуження родовищ і з’явилися нові та різноманітні види. Механізмами цієї еволюційної зміни є природний відбір та дрейф генів.

Еволюційна біологія прагне зрозуміти походження біологічного різноманіття та те, як воно зберігається. Оскільки вона є центральною наукою в біології, вона, як правило, розглядається як об'єднуюча думка, яка об'єднує різні дисципліни біологічних наук.

Ця об'єднавча властивість еволюційної біології була відзначена у знаменитій фразі Феодосія Добжанського: "Біологія нічого не має сенсу, крім світла еволюції".

Сьогодні еволюційна біологія користується всіма досягненнями науки, що дозволяє реконструювати філогенії, використовуючи численні молекулярні символи та потужний статистичний аналіз.

Що таке еволюційний процес?

Еволюція - термін, що походить від латинських коренів evolvere, що означає розгортання або виявлення прихованого потенціалу. Сьогодні слово еволюція просто викликає зміни. Це, мабуть, частина нашого щоденного лексикону, що стосується змін у об'єкті чи людині.

Однак біологічна еволюція стосується змін у групах організмів з плином поколінь. Це загальне визначення еволюції використовується Футуйма (2005). Важливо зазначити, що організми як особини не еволюціонують, в той час як групи організмів.

У біології сукупність особин одного виду, які співіснують у часі та просторі, називають популяціями. Щоб зміна популяції вважалася еволюційною, її потрібно передавати з покоління в інше за допомогою генетичного матеріалу.

Наукові теорії еволюції

З незапам’ятних часів людина відчула внутрішню цікавість щодо походження життя та існування величезного різноманіття, яке представляють органічні істоти.

Оскільки британський натураліст Чарльз Дарвін (1809-1882) мав значний вплив на розвиток цієї науки, ми розглянемо теорії, запропоновані до і після його внеску.

До Дарвіна: креаціонізм і незмінність видів

До Дарвіна природознавці та інші вчені характеризувалися креаціоністським мисленням щодо походження видів.

Есенціалістичні бачення оброблялися, коли кожен вид мав непорушну сутність, і зміна, яку ми спостерігали в групі, була зумовлена лише недосконалістю буття. Ця концепція справлялася ще за часів Платона та Арістотеля.

Через час християни почали тлумачити уривки Біблії буквально, розуміючи, що органічні істоти були створені в одній події надприродним утворенням. Це уявлення не дозволило змінити види у часі, оскільки вони були створені під божественною досконалістю.

У 18 столітті метою натуралістів було скласти каталогічний божественний план, який створив Бог. Наприклад, Лінней заклав основи сучасної систематики, дотримуючись цієї лінії думки.

Пізніше цей погляд був оскаржений різними мислителями. Найбільш актуальну доарвінську теорію того часу сформулював Жан Батист Ламарк. Для нього кожен вид зароджувався індивідуально шляхом спонтанного покоління і був здатний "прогресувати" або вдосконалюватися з часом.

Одним з найбільш актуальних принципів, встановлених Ламарк, було успадкування набутих персонажів. Цей натураліст вважав, що різні риси, які ми набуваємо протягом свого життя, можуть передаватися нашим нащадкам.

Наприклад, згідно з поглядом Ламаркана, культуристу, який наполегливо працює над усіма своїми групами м’язів, довелося мати дітей з розвиненими м'язами. Цей же принцип застосовувався і при використанні органів.

Внесок Дарвіна та Уолласа в еволюційну біологію: природний відбір

Ім’я Чарльза Дарвіна з'являється в більшості текстів біології, незалежно від його спеціальності. Дарвін революціонізував біологію та науку взагалі неймовірно - порівнянний, наприклад, з внесками Ньютона.

У молодості Дарвін зберігав думку, вірну біблійним вченням. Однак, супроводжуючись релігійною думкою, Дарвін виявив інтерес до природничих наук, саме тому він оточив себе найяскравішими науковими умовами сучасності.

Подорож на Бігля

Життя Дарвіна змінилося, коли в ранньому віці він розпочав подорож на борту HMS Beagle, британського корабля, який досліджував різні регіони Південної Америки. Після подорожі, яка тривала пару років, Дарвін спостерігав і збирав величезне різноманіття фауни та флори Південної Америки.

Завдяки своєму оптимальному фінансовому становищу Дарвін зміг присвятити своє життя виключно своїй роботі в галузі біологічних наук. Після обширних медитацій - а також лекцій з економіки - Дарвін породив свою теорію природного відбору.

Природний відбір - це проста і потужна ідея, яка є важливим еволюційним механізмом - хоча і не єдиним, як ми побачимо далі.

Ця ідея не була викладена виключно Дарвіном. Молодий натураліст на ім'я Альфред Уоллес самостійно придумав дуже схожі ідеї. Уоллес спілкувався з Дарвіном, і вони разом представили теорію еволюції шляхом природного відбору.

Походження видів

Пізніше Дарвін представляє свій шедевр: "Походження видів", який детально і з надійними доказами розгортає його теорію. Ця книга має шість видань, над якими працював Дарвін протягом свого життя.

Теорія природного відбору стверджує, що якщо є певна корисна і спадкова різниця в популяції особин, відбудеться диференціальне відтворення між володарями характеристики. Вони, як правило, створюють більше потомства, тим самим збільшуючи частоту ознак у популяції.

Крім того, Дарвін також запропонував спільне походження: всі види в еволюційний час відійшли від загального предка. Таким чином, всі органічні істоти можуть бути представлені на великому дереві життя.

Після Дарвіна: неодарвінізм та синтез

Відразу після публікації "Походження" серед найважливіших вчених того часу вибухнула велика полеміка. Однак з плином років теорія поступово приймалася.

Були біологи, які ніколи не приймали дарвінських ідей, тому вони породжували власні еволюційні теорії, сьогодні майже повністю дискредитовані. Прикладами цього є нео-ламаризм, ортогенез та мутаціонізм.

У період з 30 по 40 роки всі антидарвінські теорії були відкинуті з появою еволюційного синтезу. Це полягало у об'єднанні дарвінських ідей із внеском ряду генетиків та палеонтологів, таких як Фішер, Халдейн, Майр та Райт.

Синтезу вдалося уніфікувати еволюційні теорії з правильними генетичними принципами, оскільки однією з труднощів, яку довелося пережити Дарвіну під час своєї роботи, було незнання генів як частинок спадковості.

Докази еволюції: просто теорія?

Сьогодні біологічна еволюція - це факт, підкріплений надійними та багатими доказами. Хоча біологи не сумніваються у правдивості цього процесу, у повсякденному житті ми чуємо, що еволюція - це "лише теорія" - з пейоративними конотаціями.

Це непорозуміння випливає з того, що термін "теорія" має різні значення в науці та в повсякденному житті. Для більшості людей теорія - це непевне передбачення факту, яке характеризується слабкою основою. Для вченого теорія є сукупністю узгоджених і правильно структурованих ідей.

Дотримуючись цього порядку ідей, ми можемо зробити висновок, що еволюція - це факт, і існують механізми для їх пояснення, такі як теорія природного відбору. Найвидатнішими доказами еволюційного процесу є наступні.

Гомологія

Два процеси або структури є гомологічними, якщо зазначена ознака була успадкована безпосередньо від загального предка. В еволюційній біології гомологія є основоположним моментом, оскільки вони є єдиними характеристиками, що дозволяють реконструювати відносини предків-нащадків між групами.

Морфологічні гомології

Дуже відомим прикладом гомології є кістки кінцівок тетрапод. Візьмемо трьох тварин, які відрізняються своїм способом руху, щоб зрозуміти, чому гомологія є надійним свідченням еволюційного процесу: люди, кити та кажани.

Ці три групи поділяють основний структурний план на передніх кінцівках, оскільки вони успадкували його від спільного предка. Тобто у родового тетрапода була плечова кістка, за нею - радіус та вулка, нарешті - ряд фалангів.

Не існує жодної функціональної причини, чому три тварини з таким розрізненим способом життя повинні мати однаковий план кісток у своїх кінцівках.

Якби життя було задумано, немає причин будувати водний, літаючий і наземний організм з тим самим планом. Жоден інженер - як би не був досвідчений - не створив би літаючий та плавальний організм однаково.

Найбільш логічний спосіб пояснити це загальним походженням. Усі троє успадкували цей структурний план від предка і зазнали адаптаційних модифікацій, які ми бачимо сьогодні: крила, плавники та зброя.

Молекулярні гомології

Гомології не обмежуються анатомічними особливостями живої істоти. Вони також можуть бути засвідчені на молекулярному рівні. Генетична інформація живих істот зберігається в ДНК і перекладається у вигляді триплетів: три нуклеотиди відповідають одній амінокислоті.

Універсальною молекулярною гомологією є читання цього генетичного коду, оскільки практично всі органічні істоти поділяють цю мову, хоча є дуже специфічні винятки.

Запис викопних робіт

Коли Дарвін пропонує свою теорію природного відбору, він стверджує, що всі поступові перехідні форми відсутні в обліку викопних робіт, оскільки вона неповна. На противагу цьому противники дарвінських ідей розглядають розрив запису як доказ проти теорії.

Ми маємо пам’ятати, що процес закапування органічної істоти є малоймовірним явищем, поєднаним з ймовірністю того, що зразок виявився в хорошому стані. З цих причин менше 1% усіх форм, які коли-небудь жили, представлені у записі викопних робіт.

Незважаючи на це, були знайдені дуже добре збережені копалини, які служать «вікном у минуле». Один з найвідоміших - Археоптерикс. У цій копалини виділяються проміжні характеристики між рептилією та птахом. Так само у нас є кілька скам’янілих гомінідів, які дозволили нам відновити еволюцію людини.

Для пояснення розриву реєстру запропоновано деякі альтернативні теорії, наприклад, теорія пунктированої рівноваги.

Біогеографія

Хоча еволюція підкріплюється доказами багатьох галузей знань, саме біогеографія переконала Дарвіна в правдивості еволюційного процесу.

Розподіл живих організмів на планеті Земля неоднорідний, і багато аспектів цієї закономірності можна пояснити еволюційною теорією - а не спеціальною гіпотезою про створення.

При дослідженні фауни океанічних островів (ізольованих елементів, які ніколи не мали контакту з материком), ми виявляємо, що видовий склад дуже своєрідний. Наприклад, це можна побачити на островах, розташованих у Північній Атлантиці, званих Бермудськими островами.

Хребетних (без морських), які є місцевими для цього району, дуже мало, в основному це птахи, перелітні кажани та ящірки. Деякі з цих видів виявляють значний зв’язок із фауною Північної Америки. Інші, зі свого боку, ендемічні для острова і не зустрічаються в жодному іншому регіоні.

Ця схема розповсюдження сумісна з еволюційними процесами, оскільки територія спеціально колонізована з тваринами, здатними до польоту та розсіювання великих відстаней.

Еволюція в дії: приклад еволюції

Ще одне непорозуміння в еволюційній біології полягає в тому, що воно пов'язане з надзвичайно повільним процесом.

Хоча це правда, що для отримання складних пристосувань, таких як потужні щелепи або очі з відмінним зором, нам доведеться почекати пару мільйонів років, є певні еволюційні процеси, які ми можемо спостерігати власними очима за відносно короткий проміжок часу.

Далі ми проаналізуємо випадок молі Biston betularia як приклад еволюції в дії. Пізніше ми поговоримо про стійкість до антибіотиків та пестицидів, ще один приклад еволюції, який ми можемо спостерігати за короткий проміжок часу.

Промисловий меланізм і

Одним з найвизначніших прикладів еволюційної біології є промисловий меланізм. Це явище було задокументовано під час промислової революції та вдалося встановити взаємозв'язок між варіацією забарвлення молі Бістонської бітуларії та забрудненням середовища її проживання.

У молі дві морфології: одна світла і одна темна. До зараження домінуючим варіантом була легка моль, імовірно, тому, що вона сиділа на світлій корі берези і могла залишитися непоміченою потенційними хижаками - птахами.

З появою промислової революції забруднення зросло до значних рівнів. Кора дерев почала набувати все більш темного забарвлення, і це породжувало зміну частоти світлого і темного варіантів молі.

Темний моль деякий час був домінуючим варіантом, оскільки міг краще сховатися в почорнілій корі.

Згодом були реалізовані програми очищення довкілля, які сприяли зменшенню забруднення навколишнього середовища. Завдяки ефективності цих програм дерева почали повертати своє первісне характерне забарвлення.

Як ми можемо здогадатися, частота молі знову змінилася, чіткий варіант був домінуючим. Таким чином, еволюційний процес був задокументований у період часу 50 років.

Механізми еволюції

Біологічна еволюція - це процес, що включає два етапи: генерування варіацій, а потім диференціальне відтворення варіацій, або шляхом природного відбору, або генетичного дрейфу. З цієї причини терміни природного відбору та еволюції не слід вживати взаємозамінно - тому що вони не є.

З точки зору генетики популяції, еволюція - це зміна алельних частот з плином часу в межах популяції. Таким чином, силами, що змінюють алельні частоти, є вибір, дрейф, мутація та міграція.

Природний відбір

Як ми вже згадували раніше, найбільший внесок Дарвіна в біологію пропонував теорія природного відбору. Засоби масової інформації неправильно трактуються та неправильно трактуються, пов'язуючи це з помилковими фразами, такими як: "виживання найкращих".

Умови виникнення природного відбору

Природний відбір - це проста ідея з чудовими результатами. Якщо система відповідає таким характеристикам, вона неминуче розвиватиметься шляхом природного відбору:

Застосування еволюційної біології

Еволюційна біологія має низку застосувань, як для медицини, сільського господарства, природоохоронної біології, так і для інших дисциплін.

Ліки

Теорія еволюції є важливою наукою в галузі медицини. Наприклад, це дозволяє передбачити результат нерозбірливого використання антибіотиків для лікування інфекційних захворювань.

Коли ми будемо застосовувати антибіотик без потреби або не завершимо медикаментозне лікування, ми усунемо не стійкі варіанти, але резистентні особи збільшать їх частоту в популяції бактерій.

В даний час питання стійкості бактерій до більшості антибіотиків є проблемою, що викликає глобальний інтерес. Підвищення обізнаності про вживання антибіотиків - це один із способів зменшити цю ускладнення.

Наприклад, бактерія Staphylococcus aureus поширена в операційних і викликає інфекції у пацієнтів під час операцій.

Сьогодні бактерії повністю стійкі до ряду антибіотиків, таких як пеніцилін, ампіцилін та супутні препарати. Хоча для боротьби з ним були створені нові антибіотики, препарати все менш ефективні.

Криза опору - один з найдраматичніших прикладів еволюції, який ми можемо спостерігати на власні очі, тому він також слугує свідченням еволюційного процесу.

Сільське господарство та тваринництво

Цей же еволюційний принцип можна екстраполювати на використання пестицидів для ліквідації шкідників, на посівах, що мають значне економічне значення. Якщо один і той же тип пестицидів застосовується протягом тривалого часу, ми будемо сприяти збільшенню стійких варіантів.

Так само фермери прагнуть отримати «найкращих» тварин, які максимально збільшують виробництво (молока, м’яса тощо). Ці ранчо вибирають людей, які вони вважають найбільш корисними з практичних питань. У міру поколінь люди все більше нагадують те, що бажають людині.

Цей процес штучного відбору людини нагадує природний відбір за рівнем диференційованого репродуктивного успіху. З помітною різницею, що в природі не існує селекції.

Біологія збереження

Що стосується питань охорони природи, розуміння таких явищ, як "вузькі місця" та зниження придатності, спричинені інбридингом, дозволяє уникнути їх та створити плани збереження, які підвищують придатність та підтримують населення "здоровим".

Список літератури

Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Біологія: наука та природа. Пірсон освіта.
Дарвін, К. (1859). Про витоки видів шляхом природного відбору. Мюррей.
Freeman, S., Herron, JC (2002). Еволюційний аналіз. Prentice Hall.
Футуйма, DJ (2005). Еволюція Синауер.
Холл, БК (Ред.). (2012 р.). Гомологія: Ієрархічна основа порівняльної біології. Академічна преса.
Хікман, К.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, WC, & Гарнізон, C. (2001). Комплексні принципи зоології. McGraw-Hill.
Кардон, К. В. (2006). Хребетні: порівняльна анатомія, функція, еволюція. McGraw-Hill.
Климан, Р. М. (2016). Енциклопедія еволюційної біології. Академічна преса.
Лосос, JB (2013). Крінстонський путівник до еволюції. Прінстонський університетський прес.
Різ, Дж. Б., Уррі, Лос-Анджелес, Кейн, ML, Васерман, SA, Мінорський, П. В., і Джексон, РБ (2014). Кемпбелл Біологія. Пірсон.
Райс, SA (2009). Енциклопедія еволюції. Видавнича інформація.
Рассел, П., Герц, П., Макміллан, Б. (2013). Біологія: Динамічна наука. Нельсон Освіта.
Солер, М. (2002). Еволюція: основи біології. Проект Південь.
Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Біологія: поняття та застосування без фізіології. Cengage Learning.
Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Гомоплазія: від виявлення закономірності до визначення процесу та механізму еволюції. Наука, 331 (6020), 1032-1035.

БІОЛОГІЧНА ЕВОЛЮЦІЯ: ТЕОРІЇ, ПРОЦЕС, ДОКАЗИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025