Wielki angielski naukowiec C. Darwina(1809-1882) rozwinął się naukowa teoria ewolucji przyrody żywej. Główne dzieło Darwina 1859 - „Pochodzenie gatunków drogą doboru naturalnego, czyli zachowanie uprzywilejowanych ras w walce o byt”. Czynnik ewolucyjny jest siłą napędową, która powoduje i utrwala zmiany w populacjach jako elementarnych jednostkach ewolucji.
Historyczne zasługi Darwina nie dlatego, że wskazał na istnienie ewolucji biologicznej (wielu myślicieli mówiło o tym na długo przed nim), ale że ujawnił materialne czynniki ewolucji (dziedziczność i zmienność) oraz jeden z czynników napędzających (dobór naturalny) i tym samym ujawnił przyczyny ewolucji ewolucja biologiczna. Czynniki ewolucji- Triada Darwina - zmienność i mutacje, dziedziczność, dobór naturalny.
Zmienność- zdolność organizmów żywych do zmiany, nabywania nowych cech pod wpływem zewnętrznych (zmienność niedziedziczna) i wewnętrznych (zmienność dziedziczna) warunków środowiskowych. Może być dziedziczna zmienność kombinacyjne i mutacyjne. Zmienność kombinacyjna związana jest z występowaniem różnych kombinacji genów allelicznych (rekombinacji). Mutacje to trwałe zmiany w materiale genetycznym i w konsekwencji cecha dziedziczona. Efektem mutacji jest pojawienie się w organizmie potomnym nowych cech, których nie było u jego rodziców. Darwin wyróżnił niektórzy, zmienność niepewna i względna. Pewną zmiennością jest nabycie nowych cech u znacznej liczby organizmów należących do danego gatunku, pod wpływem różnych czynników środowiska zewnętrznego i wewnętrznego. Zmienność niepewna to nabywanie nowych cech przez poszczególne organizmy należące do danego gatunku pod wpływem zewnętrznych i wewnętrznych czynników środowiskowych. Zmienność korelacyjna to związek pomiędzy nabywaniem nowych cech przez różne narządy i układy narządów.
Dziedziczność- właściwość organizmów żywych polegająca na zapewnieniu przekazania potomstwu genetycznie zakodowanej informacji o jakichkolwiek cechach. Komunikacja między pokoleniami odbywa się poprzez reprodukcję. Właściwości dziedziczne przekazywane są z pokolenia na pokolenie poprzez komórki rozrodcze (podczas rozmnażania płciowego).
Naturalna selekcja- główny czynnik ewolucyjny sprzyjający przetrwaniu „korzystnych” cech strukturalnych i eliminacji niekorzystnych. Proces przetrwania osobników ze zmianami dziedzicznymi przydatnymi w danych warunkach środowiskowych i ich późniejsze rozmnażanie. Czynnikiem decydującym są warunki środowiskowe: wysoka lub niska temperatura powietrza; nadmiar lub brak wilgoci, światła, pożywienia. Atrakcja trzy formy doboru naturalnego, najczęściej występujący w przyrodzie: wiodący, czyli napędowy (rozszerza granice dziedzicznej zmienności populacji), stabilizujący (dzieli populacje na części), destrukcyjny (dzieli populacje na części). Dobór naturalny nie jest procesem przypadkowym, ale ściśle naturalnym, który nadaje kierunek ewolucji i ostatecznie tworzy złożone adaptacje podobne do rezultatu „inteligentnego projektu”.
Nazywanie współczesnej teorii ewolucji „darwinizmem” lub „teorią Darwina” – niepoprawne, ponieważ nauki biologiczne poczyniły ogromne postępy w zrozumieniu ewolucji od czasu pierwotnej teorii Darwina. Nowe czynniki ewolucji:
Fale populacyjne– okresowe wahania liczebności populacji. Przykładowo: liczba zajęcy nie jest stała, co 4 lata jest ich dużo, potem następuje spadek liczebności. Znaczenie: Podczas schyłku następuje dryf genetyczny.
Dryf genetyczny- jeśli populacja jest bardzo mała (w wyniku klęski żywiołowej, choroby, spadku fali populacyjnej), wówczas cechy zostają zachowane lub zanikają niezależnie od ich przydatności, przez przypadek.
Izolacja- czynnik w procesie ewolucyjnym, który wpływa na procesy krzyżowania się osobników. Izolacja sprzyja rozbieżności cech i wzmacnia różnice między jednostkami izolowanych grup. Czas trwania izolacji ma pewne znaczenie.
Migracje Poszczególne jednostki z populacji na populację są również ważnym źródłem różnorodności genetycznej w populacji. Dzięki swobodnemu krzyżowaniu podczas migracji dochodzi do wymiany genów pomiędzy osobnikami populacji tego samego gatunku (przepływ genów). W tym przypadku geny migrujących osobników włączane są do puli genowej populacji podczas krzyżowania. W rezultacie pula genowa populacji jest aktualizowana.
Wzajemne powiązanie sił napędowych ewolucji . Chociaż ze wszystkich elementarnych czynników ewolucyjnych wiodącą rolę w procesie ewolucji pełni dobór naturalny, może on nastąpić jedynie w obecności zmienności mutacyjnej, która tworzy materiał do selekcji i stanowi główny (ale nie jedyny) czynnik ewolucji. Zatem mutacje, rekombinacje, migracje, fale populacji, dryf genetyczny i izolacja są również ważnymi bezkierunkowymi czynnikami ewolucyjnymi. W naturze działają razem, ale rolę każdego z nich można zwiększyć w konkretnym środowisku. Wszystkie te czynniki zapewniają genetyczną heterogeniczność populacji.
Między sztuczne i naturalne wybór nie ma przepaści nieprzekraczalnej: zboża z nierzucającymi nasionami zostały przez nas wyhodowane nieświadomie i odwrotnie, termity i mrówki prowadzą rolnictwo z milionletnią selekcją gatunków grzybów, które nie mogą już istnieć niezależnie.
Antyewolucjoniści nie mają racji kiedy mówią, że dobór sztuczny nie stworzył ani jednego nowego gatunku. Wiele gatunków dzikich zwierząt należących do tego samego rodzaju, a czasami do różnych rodzajów, jest w zasadzie zdolnych do krzyżowania się i rodzenia płodnego potomstwa, ale w warunkach naturalnych prawie nigdy tego nie robią. Kukurydza jest jednym z najwyraźniejszych, żywych dowodów na siłę sztucznej selekcji. Dziki przodek kukurydzy, roślina teosinte, miała maleńkie kłosy z niewielką liczbą małych. Kilka tysięcy lat sztucznej selekcji zamieniło teosinte w kukurydzę.
Karol Darwin sprowadza się do szeregu twierdzeń logicznych potwierdzonych eksperymentami i innymi badaniami. W ten sposób udowodnił, że wszystkie typy organizmów żywych charakteryzują się indywidualną, dziedziczną zmiennością dowolnych cech; wszystkie mnożą się wykładniczo; w obrębie gatunku toczy się walka o byt z powodu ograniczonych zasobów życiowych; W tej walce tylko przystosowane osobniki przeżywają i rozmnażają się.
3. Dobór naturalny - identyfikuje mechanizm przetrwania jednostek z niezbędnymi zmianami dziedzicznymi i ich dalszą reprodukcją. Selekcja jest wynikiem walki o byt. Wyróżnia się następujące mechanizmy:
a) powstawanie zmian dziedzicznych;
b) przetrwanie i zachowanie osobników z tymi zmianami w odpowiednim siedlisku;
c) reprodukcja tych jednostek, wzrost ich liczby i rozprzestrzenianie się użytecznych zmian dziedzicznych.
Siły napędowe ewolucji, oddziałując ze sobą, pozwalają wyjaśnić powstawanie innych gatunków w przyrodzie. Materiały zgromadzone w różnych gałęziach biologii mają logiczny wniosek tylko wtedy, gdy odpowiadają zasadzie ewolucji.
Wielką zasługą Karola Darwina jest wyjaśnienie procesu rozwoju i powstawania gatunków. To właśnie ten fakt uczynił teorię ewolucji Darwina ogólnie akceptowaną teorią.
W naturze stale zachodzi wiele zdarzeń, które wpływają na pulę genową dowolnej populacji organizmów. I wszystkie należą do sił napędowych ewolucji. W swoim charakterze Karol Darwin wyróżnił dobór naturalny i walkę o byt.
Współcześni biolodzy uważają dryf genetyczny i częstotliwość mutacji za siły napędowe ewolucji. Udoskonalenia i uzupełnienia teorii ewolucji stały się możliwe po rozwoju biologii molekularnej i dekodowaniu genomów. Jakie czynniki są uważane za siły napędowe ewolucji, zgodnie ze współczesną teorią syntetyczną, rozważymy w tym artykule.
Dziedziczność: jądrowa i cytoplazmatyczna
Właściwość wszystkich żywych organizmów do przekazywania cech z pokolenia na pokolenie (dziedziczność) nie jest na próżno uważana za siłę napędową ewolucji. To dziedziczność zapewnia ciągłość i utrwalenie cennych adaptacji dla przetrwania, reprodukcji i dyskrecji (indywidualności i różnorodności) gatunków. Materiałem do ewolucji jest cały zestaw chromosomów (genotyp) w jądrze komórki organizmu. Ponadto niektóre organelle komórkowe mają własne koliste DNA, które jest dziedziczone niezależnie od matki potomstwu (plastydy w roślinach i mitochondria we wszystkich żywych organizmach).
Zmienność jest kluczem do różnorodności gatunków
Do sił napędowych ewolucji należy także zdolność potomków do nabywania cech, których nie posiadały formy rodzicielskie. Jednak nie każda zmienność prowadzi do utrwalenia nowych cech genotypu. Zmienność fenotypowa, jako czynnik adaptacji do środowiska, nie wpływa na aparat genowy, lecz jest formą manifestacji genotypu w fenotypie i mieści się w granicach norm reakcji cechy. Nie jest uważana za jedną z sił napędowych ewolucji. W kontekście naszego artykułu interesująca jest zmienność genotypowa (mutacyjna i kombinacyjna) ze zmianami w genotypie.
Zmienność kombinacyjna
Ten rodzaj zmienności jest bezpośrednio związany z procesem seksualnym i wyraża się w niezależnej dywergencji chromosomów oraz procesach crossover (wymiany odcinków pomiędzy homologicznymi chromosomami) w wyniku mejozy podczas powstawania komórek płciowych (gamet). To właśnie różne kombinacje genów i ich alleli w genomie gamet oraz pojawienie się rozmnażania płciowego przyspieszyły procesy ewolucyjne na planecie i stały się znaczącym nabytkiem w ułatwianiu adaptacji do warunków środowiskowych organizmów panmiktycznych (rozmnażających się płciowo).
Mutacje na poziomie genomu
Największy gatunek, który zmienia cały genom (zestaw genów) bez wpływu na strukturę chromosomów.
- Poliploidia to wzrost będący wielokrotnością zestawu haploidalnego (n) (3n, 4n, 5n, 6n, 7n itd.) liczby chromosomów organizmu. Ten typ mutacji jest nieodłączny od wielu roślin i prostych zwierząt.
- Aneuploidia to pojawienie się dodatkowych lub utrata chromosomów w wyniku zaburzeń w przejściu mejozy. W rezultacie w organizmie posiadającym pełny zestaw chromosomów (2n) rozwija się monosomia (2n-1), trisomia (2n+1) lub nullisomia (2n-2). Najczęściej takie osoby nie są zdolne do życia lub są nosicielami ciężkich chorób genetycznych (zespół Downa u ludzi wiąże się z obecnością trzeciego chromosomu w parze 21).
Chromosomy i ich mutacje
W tym przypadku w wyniku zaburzeń przejścia gametogenezy (tworzenie się gamet) dochodzi do rearanżacji w strukturze samych chromosomów. Mutacje takie zmieniają funkcjonowanie kombinacji genów, rzadziej pojedynczych genów, ale nie wpływają na zmianę liczby chromosomów. Na tym poziomie występuje wiele rodzajów mutacji. Nazwiemy jedynie duplikacje (podwojenia) i delecje (straty) regionu chromosomu.
Mutacje na poziomie genów
Są to mutacje o najmniejszej skali – zmiana punktowa w jednym genie. To właśnie tego typu mutacje najczęściej określa się jako siły napędowe ewolucji, gdyż przyczyniają się one do wzrostu liczby nowych alleli w genotypie i różnorodności w obrębie gatunku. Zmiany w jednym genie prowadzą do zmian w jednej lub większej liczbie (z wieloma skutkami) cech, zwiększając zmienność fenotypów. Gdy takie mutacje kumulują się w populacji, stają się czynnikiem ewolucji.
Fale liczb
Gwałtowny wzrost liczby osobników lub jego katastrofalne zmniejszenie nazywa się falami życia lub falami populacyjnymi. Zmiany liczebności mogą nastąpić na skutek wielu czynników (pożary, wulkany, epidemie, zanik naturalnych wrogów). Wszystkie jednak mają charakter losowy i prowadzą do zmian w puli genowej całej populacji, gdy na czele mogą stanąć osoby z zewnątrz i odwrotnie.
Izolacja jako czynnik i siła napędowa ewolucji biologicznej
Izolacja jako swobodne krzyżowanie się populacji tego samego gatunku organizmów panmiktycznych jest wyraźną oznaką działania tego czynnika ewolucji. Większość gatunków na planecie pojawiła się w wyniku pojawienia się populacji. Wyróżnia się następujące typy:
- Przestrzenne (geograficzne, antropogeniczne).
- Biologiczne (ekologiczne, morfologiczne, etologiczne, genetyczne).
W każdym razie, gdy między populacjami powstaje bariera swobodnego krzyżowania się, możemy mówić o początku procesu specjacji.
Walka o byt jako narzędzie doboru naturalnego
Instrumentem doboru naturalnego jest walka o byt, w której przeżyje i pozostawi płodne potomstwo jedynie organizm lepiej przystosowany do danych warunków. Ich walka o byt ma miejsce:
- Wewnątrz - najbardziej okrutny i nie do pogodzenia. Rywalizacja między przedstawicielami tego samego gatunku o zasoby pożywienia, terytorium, lepsze warunki życia i możliwość pozostawienia potomstwa nie pozostawia szans słabym i nieprzystosowanym osobnikom.
- Między przedstawicielami różnych gatunków, ale zajmującymi tę samą niszę ekologiczną. Przykładowo rywalizacja żyrafy i zebry o pokarm roślinny doprowadziła w procesie ewolucji do cech fizjologicznych, ograniczając konkurencję do minimum.
Walka organizmów z niekorzystnymi warunkami. Przykład: tłuste garby wielbłąda i mięsiste liście sukulentów jako mechanizmy adaptacyjne życia na pustyni. Albo świecące narządy ryb głębinowych.
Doktryna ewolucyjna Darwina, która pojawiła się w połowie XIX wieku, nie obyła się bez problemów, ale mimo to zdobyła sympatię światowej społeczności naukowej, stając się najpopularniejszą teorią wyjaśniającą pochodzenie ludzi i innych gatunków na planecie. Warto jednak zauważyć, że teoria ta w ciągu półtora wieku swojego istnienia, pod presją krytyki i problemami z brakującymi elementami, sama doświadczyła ewolucji, niezależnie od tego, jaka byłaby to tautologia.
Wiodący kierunek współczesnej nauki nazywa się syntetyczną teorią ewolucji. Powstał w wyniku ponownego przemyślenia szeregu twierdzeń klasycznego darwinizmu, a także włączenia niektórych nauk pomocniczych do badania pochodzenia gatunków: biologii molekularnej, ekologii, genetyki, cytologii, paleontologii i innych. Ale co ona nam mówi? Jakie są siły napędowe ewolucji? Jakie warunki sprawiły, że świat wygląda tak, jak go widzimy dzisiaj?
Siły napędowe ewolucji
W wyniku szeregu specyficznych przyczyn organizmy żywe ulegają zmianom. Mogą być zarówno negatywne, jak i pozytywne. W tym drugim przypadku organizmy lepiej niż inne przystosowują się do warunków zewnętrznych, wypierając nieszczęsnych konkurentów z niszy ekologicznej.
Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że nastąpiły zmiany ewolucyjne. Współcześni naukowcy identyfikują następujące główne siły napędowe ewolucji: walkę o byt, w jej konsekwencji - dobór naturalny i ostatnią - zmienność organizmów wraz ze zmianą pokoleń, która może być spowodowana różnymi mutacjami. Przyjrzyjmy się wszystkim tym powodom bardziej szczegółowo: 
Wniosek
Zatem siły napędowe ewolucji z góry determinują zmianę organizmów żywych na planecie i transformację samej natury.
Czynniki napędzające ewolucję- czynniki kierujące różne zmiany elementarne wynikające z mutacji w kierunku kształtowania się adaptacji organizmów do zmian warunków środowiskowych. Siłą napędową ewolucji nazywa się dobór naturalny, który jest konsekwencją walki o byt w różnych jego formach. Rozbieżność pomiędzy liczbą osobników występujących w populacji a środkami na ich życie nieuchronnie prowadzi do walki o byt. Walka o byt- złożone i różnorodne relacje jednostek w obrębie gatunku, pomiędzy gatunkami oraz z przyrodą nieorganiczną. Karol Darwin wyróżnił trzy formy walki o byt: 1) wewnątrzgatunkowe – relacje pomiędzy osobnikami należącymi do tego samego gatunku; 2) międzygatunkowy - relacje między osobnikami należącymi do różnych gatunków; 3) walka z niekorzystnymi warunkami przyrody nieorganicznej – związek organizmów z przyrodą nieożywioną. Konsekwencją walki o byt jest dobór naturalny.
Naturalna selekcja - proces, w wyniku którego przeżywają i pozostawiają potomstwo przeważnie osobniki ze zmianami dziedzicznymi przydatnymi w danych warunkach. Ten czynnik ewolucji ma zawsze charakter kierunkowy, poprawia przystosowanie do warunków bytowania, oddziałuje na wszystkie organizmy w każdym wieku, podąża za fenotypem i sprowadza się do selekcji genotypów o normie reakcji odpowiadającej warunkom danego środowiska. Dobór naturalny jest szczególnie skuteczny przeciwko mutacjom dominującym. Dość często w naturze przeprowadza się to na korzyść heterozygot (selekcja pod kątem anemii sierpowatokrwinkowej). W zależności od kierunku zmian adaptacyjnych dobór naturalny może napędzać, stabilizować lub zakłócać.
Wybór jazdy- jest to selekcja, powoduje stopniową zmianę fenotypu, prowadzi do zmiany szybkości reakcji w jednym określonym kierunku. Dokonuje się go w nowych warunkach na rzecz korzystnych w tych warunkach zmian. Wybór jazdy wiąże się z pojawieniem się nowych adaptacji. Przykładami działania selekcji popędowej jest powstawanie odporności owadów na pestycydy i melanizm przemysłowy u motyli ćmy brzozowej.
Stabilizujący wybór - Jest to selekcja osobników, której przy stałym fenotypie towarzyszy zawężenie normy reakcji i eliminacja odchyleń od niej. Ta forma selekcji objawia się, gdy warunki środowiskowe stają się stabilne. Dobór stabilizujący zapewnia utrzymanie określonego fenotypu, który najlepiej pasuje do środowiska i odrzuca wszelkie mniej adaptacyjne zmiany. Przykładem działania selekcji stabilizującej jest zachowanie u ryb opływowego kształtu ciała i wielkości części kwiatowych.
Rozdzierający (niszczący) wybór- jest to selekcja, która prowadzi do pojawienia się kilku fenotypów i jest skierowana przeciwko przeciętnym formom pośrednim. Pojawia się, gdy warunki środowiskowe zmieniły się tak bardzo, że większość gatunku traci zdolność adaptacji, a osobniki o skrajnych odchyleniach od średniej normy zyskują przewagę. Taka forma selekcji prowadzi do polimorfizm - istnienie w populacji dwóch lub więcej form o wyraźnie odmiennych cechach. Przykładem działania selekcji nieciągłej jest pojawienie się populacji owadów o długich skrzydłach i bez skrzydeł na wyspach, gdzie stale wieją silne wiatry.
Zgodnie z syntetyczną teorią ewolucji dobór naturalny kieruje różne elementarne zmiany fenotypów powstałe na skutek mutacji w kierunku kształtowania się adaptacji organizmów do zmian warunków środowiskowych. To, co w tym wszystkim chodzi rolę twórczą dobór naturalny i dlatego tak się nazywa siła napędowa ewolucji.
