BIOLÓGIAI EVOLÚCIÓ: ELMÉLETEK, FOLYAMAT, BIZONYÍTÉKOK ÉS PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

A biológiai evolúció az organizmuscsoportok tulajdonságainak változása a generációk során. Ugyanazon fajba tartozó organizmuscsoportokat biológiai populációknak nevezzük.

Lényegében a modern neo-darwini evolúcióelmélet azt mondja, hogy az evolúció az életformák fokozatos megváltoztatásából áll. Úgy kezdődött - feltehetően - egy olyan molekulával, amely körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt képes replikálni magát.

Forrás: chensiyuan

Az idő múlásával a vonalágak elágaztak és új és változatos fajok alakultak ki. Ennek az evolúciós változásnak a mechanizmusai a természetes szelekció és a géneltolódás.

Az evolúciós biológia meg kívánja érteni a biológiai sokféleség eredetét és fenntartásának módját. Mivel ez a biológia központi tudománya, általában egységes gondolatnak tekintik, amely integrálja a biológiai tudományok különböző tudományágait.

Az evolúciós biológia ezen egységes tulajdonságát Theodosius Dobzhansky híres mondatában jelezték: "a biológiában nincs értelme, kivéve az evolúció fényében".

Manapság az evolúciós biológia élvezte a tudomány minden fejleményét, lehetővé téve a filogeniták rekonstruálását számos molekuláris karakter felhasználásával és hatékony statisztikai elemzéssel.

Mi az evolúciós folyamat?

Az evolúció egy latin gyökerekből származó evolvere kifejezés, amely rejtett lehetőségek kibontakozására vagy feltárására utal. Manapság az evolúció szó egyszerűen változást idéz elő. Napi lexikonunk valószínűleg része egy tárgy vagy egy személy változásainak utalására.

A biológiai evolúció azonban az organizmuscsoportok nemzedékek generáción keresztüli változására utal. Az evolúció ezen általános meghatározását Futuyma (2005) használja. Fontos megjegyezni, hogy az organizmusok mint egyének nem alakulnak ki, míg az organizmusok csoportjai.

A biológiában ugyanazon faj egyedeinek halmazát, amelyek időben és térben együtt élnek, populációknak nevezzük. Ahhoz, hogy egy populáció változását evolúciósnak lehessen tekinteni, azt genetikai anyagon keresztül nemzedékről nemzedékre kell átadni.

Az evolúció tudományos elméletei

Az ember az ősidők óta belső érdeklődést érez az élet eredete és a szerves lények jelenlévő óriási sokféleség iránt.

Mivel a Charles Darwin (1809-1882) brit természettudós jelentős hatással volt e tudomány fejlődésére, megvizsgáljuk az előadások előtt és után javasolt elméleteket.

Darwin előtt: a kreacionizmus és a fajok megváltoztathatatlansága

Darwin előtt a természetkutatókat és más tudósokat kreativista gondolkodás jellemezte a fajok eredete tekintetében.

Az esszencialista látomásokat kezeltük, ahol minden fajnak változatlan lényege volt, és a változatosság, amelyet a csoportban megfigyeltünk, csak a létezés hiányosságainak tudható be. Ezt a koncepciót Platon és Arisztotelész idején kezelték.

Idővel később a keresztények a Biblia bekezdéseit szó szerint értelmezték, megértve, hogy a szerves lényeket egyetlen esemény teremtette meg egy természetfeletti egység által. Ez a koncepció nem engedte meg a faj változását az idő múlásával, mivel az isteni tökéletesség alatt jött létre.

A 18. században a természettudósok célja az volt, hogy katalogizálják Isten által létrehozott isteni tervet. Például Linnaeus alapozta meg a jelenlegi taxonómiát, ha ezt a gondolatmenetet követte.

Később ezt a nézetet számos gondolkodó vitatta. A korszak még a darwini előtti legfontosabb elméletét Jean Baptiste Lamarck fogalmazta meg. Számára minden faj külön-külön származott a spontán generáción keresztül, és képes volt "előrehaladni" vagy javulni az idő múlásával.

A Lamarck által megállapított egyik legfontosabb elv a megszerzett karakterek öröklése volt. Ez a természettudós úgy gondolta, hogy az életünk során megszerzett különféle vonások átadhatók utódainknak.

Például a lamarciánus nézet szerint egy testépítőnek, aki minden izomcsoportja keményen dolgozik, fejlett izmokkal rendelkező gyermekeknek kellett lennie. Ugyanez az elv vonatkozna a szervek használaton kívül helyezésére is.

Darwin és Wallace hozzájárulása az evolúciós biológiához: a természetes szelekció

Charles Darwin neve megjelenik a legtöbb biológiai szövegben, függetlenül szakterületétől. Darwin hihetetlen mértékben forradalmasította a biológiát és általában a tudományt - összehasonlítható például Newton hozzászólásaival.

Ifjúkorában Darwin hűséges gondolatot tartott a bibliai tanításokhoz. Ugyanakkor egy vallási gondolat kíséretében Darwin érdeklődését fejezte ki a természettudomány iránt, ezért a pillanat legvilágosabb tudományos gondolataival körülvette magát.

Az utazás a Beagle-on

Darwin élete fordulóban fordult, amikor egy fiatal korban elindult a HMS Beagle fedélzetén, egy brit hajó fedélzetén, amely Dél-Amerika különböző régióit fedezné fel. Pár évig tartó utazás után Darwin megfigyelte és összegyűjtötte a dél-amerikai állat- és növényvilág hatalmas sokféleségét.

Optimális pénzügyi helyzetének köszönhetően Darwin képes volt életét kizárólag a biológiai tudományokban végzett munkájára szentelni. Kiterjedt meditációk - és közgazdasági előadások után - Darwin előállította a természetes szelekció elméletét.

A természetes szelekció egy egyszerű és hatalmas ötlet, amely fontos evolúciós mechanizmus - bár nem az egyetlen, amint később meglátjuk.

Ezt az ötletet nemcsak Darwin vezette le. Egy Alfred Wallace nevű fiatal természettudós önállóan nagyon hasonló ötletekkel állt elő. Wallace kommunikált Darwinnal, és ketten együtt mutatták be az evolúció elméletét a természetes szelekcióval.

A fajok eredete

Később Darwin bemutatja remekműjét: "A fajok eredete", amely részletesen és megalapozott bizonyítékokkal mutatja be elméletét. Ez a könyv hat kiadással rendelkezik, amelyeken Darwin egész életében dolgozott.

A természetes szelekció elmélete állítja, hogy ha van egy hasznos és örökölhető variáció az egyed populációjában, akkor a tulajdonság birtokosainak eltérő reprodukciója lesz. Ezek általában több utódot generálnak, ezáltal növelik a vonás gyakoriságát a populációban.

Darwin emellett közös õket is javasolt: az evolúció ideje alatt az összes faj különbözött egy közös őstől. Így minden szerves lény reprezentálható az élet nagy fájában.

Darwin után: neo-darwinizmus és szintézis

Közvetlenül az "Eredet" megjelenése után nagy vita váltott ki a korszak legfontosabb tudósai között. Az évek múlásával azonban az elméletet fokozatosan elfogadták.

Voltak olyan biológusok, akik soha nem fogadták el a darwini elképzeléseket, így saját evolúciós elméleteiket generálták, ma szinte teljesen diskreditáltak. Erre példa a neo-lamarizmus, az ortogenezis és a mutáció.

A 30-as és 40-es évek között az összes anti-darwini elméletet elvetették az evolúciós szintézis megjelenésével. Ez a darwini ötletek egyesítéséből állt, több genetikus és paleontológus közreműködésével, mint például Fisher, Haldane, Mayr és Wright.

A szintézissel sikerült egyesíteni az evolúciós elméleteket a helyes genetikai alapelvekkel, mivel az egyik nehézség, amelyet Darwinnak át kellett tapasztalnia munkája során, a gének, mint az öröklés részecskéinek tudatlansága volt.

Bizonyítékok az evolúcióról: csak egy elmélet?

Manapság a biológiai evolúció robusztus és bőséges bizonyítékokkal támaszkodik. Bár a biológusok nem kételkednek a folyamat valódiságában, a mindennapi életben azt halljuk, hogy az evolúció "csak egy elmélet" - pejoratív felhangokkal.

Ez a félreértés abból a tényből fakad, hogy az "elmélet" kifejezésnek más jelentése van a tudományban és a mindennapi életben. Az emberek többsége számára az elmélet egy tény bizonytalan előrejelzése, amelynek gyenge alapja van. A tudós számára az elmélet koherens és megfelelően felépített ötletek összessége.

Ezt az ötletsort követve megállapíthatjuk, hogy az evolúció tény, és vannak mechanizmusok annak magyarázatára, mint például a természetes szelekció elmélete. Az evolúciós folyamat legkiemelkedőbb bizonyítékai a következők.

A homológia

Két eljárás vagy struktúra homológ, ha az említett tulajdonságot közvetlenül egy közös ősből örökölték. Az evolúciós biológiában a homológia alapvető kérdés, mivel ezek az egyetlen jellemző, amely lehetővé teszi számunkra, hogy az ősei-leszármazottak közötti kapcsolatokat rekonstruáljuk a csoportok között.

Morfológiai homológiák

A homológia nagyon híres példája a tetrapódok végtagcsontjai. Vegyünk három olyan állatot, amelyek mozgásmódjukban különböznek, hogy megértsük, miért fontos a homológia az evolúciós folyamat bizonyítéka: emberek, bálnák és denevérek.

Ennek a három csoportnak van egy alapvető szerkezeti terve az elő lábaikban, mert egy ősektől örökölték. Vagyis az ősi tetrapódáknak gömbölyű volt, amelyet sugár és ulna követ, és végül egy sor phalanx.

Nincs funkcionális ok, miért három eltérő életmódú állatnak ugyanaz a csontszerkezete legyen a végtagokban.

Ha az életet megterveznénk, nincs ok arra, hogy ugyanazon tervvel rendelkező vízi, repülő és földi szervezetet építsünk. Egyetlen mérnök sem - bármennyire is tapasztalatlan - nem hoz létre ugyanolyan módon repülő és úszó szervezetet.

A leg logikusabb módja annak, hogy ezt magyarázzák a közös ősök. Mindhárom egy öröktől örökölte ezt a szerkezeti tervet, és átalakította a mai adaptációs módosításokat: szárnyak, uszonyok és karok.

Molekuláris homológiák

A homológiák nem korlátozódnak az élőlény anatómiai jellemzőire. Ezek molekuláris szinten is bizonyíthatók. Az élő lények genetikai információit a DNS tárolja és hármas formában fordítja le: három nukleotid felel meg egy aminosavnak.

Az egyetemes molekuláris homológia e genetikai kód leolvasása, mivel gyakorlatilag minden szerves lény megosztja ezt a nyelvet - bár vannak bizonyos kivételek.

A fosszilis rekord

Amikor Darwin a természetes szelekció elméletét javasolja, azt állítja, hogy az összes fokozatos átmeneti forma nincs jelen a fosszilis nyilvántartásban, mert hiányos. Ezzel szemben a darwini ötletek ellenfelei a feljegyzés folytonosságát bizonyítják az elmélet ellen.

Emlékeznünk kell arra, hogy egy szerves lény fosszilisizációs folyamata valószínűtlen esemény, azzal a valószínűséggel, hogy a példány jó állapotban van. Ezen okok miatt a fosszilis nyilvántartásban az összes olyan forma kevesebb, mint 1% -a képviselteti magát.

Ennek ellenére nagyon jól megőrzött kövületeket találtak, amelyek „ablak a múltba” szolgálnak. Az egyik legismertebb az Archeopteryx. Ebben a kövületben a hüllő és a madár köztes jellemzői mutatkoznak. Hasonlóképpen, számos hominid kövületünk van, amelyek lehetővé tették számunkra, hogy újjáépítsük az emberek fejlődését.

Néhány alternatív elméletet javasoltak a nyilvántartás folytonosságának magyarázatára, például az elválasztott egyensúly elméletét.

biogeográfia

Noha az evolúciót számos tudáság bizonyítékai támasztják alá, a biogeográfia győzte meg Darwint az evolúciós folyamat valódiságáról.

Az élő organizmusok eloszlása ​​a Föld bolygón nem homogén, és ennek a mintának sok szempontja az evolúciós elmélettel magyarázható - és nem a különleges teremtési hipotézissel.

Amikor megvizsgáljuk az óceáni szigetek faunáját (olyan izolált elemek, amelyek soha nem voltak kapcsolatban a szárazfölddel), azt találtuk, hogy a fajösszetétel nagyon sajátos. Például ez látható az Atlanti-óceán északi részén, a Bermuda-szigeteknek nevezett szigeteken.

A környéken őshonos gerincesek (nem tengeri) nagyon ritkák, főleg madarak, vándorló denevérek és gyíkok. Ezek közül a fajok közül néhány jelentős kapcsolatot mutat Észak-Amerika állatvilágával. Mások részben endemikusak a szigeten, és nem találhatók más régióban.

Ez az eloszlási minta összeegyeztethető az evolúciós folyamatokkal, mivel a területet kifejezetten a repülésre és nagy távolságok eloszlatására képes állatokkal gyarmatosítják.

Evolution in action: példa az evolúcióra

Az evolúciós biológia másik félreértése az, hogy egy rendkívül lassú folyamathoz kapcsolódik.

Noha igaz, hogy olyan összetett alkalmazások eléréséhez, mint például a hatalmas állkapcsok vagy a nagy látású szem, néhány millió évet kell várnunk, vannak bizonyos evolúciós folyamatok, amelyeket saját szemünkkel viszonylag rövid idő alatt megfigyelhetünk.

Ezután a Biston betularia lepke esetét elemezzük a cselekvés során bekövetkező evolúció példájaként. Később az antibiotikumokkal és a peszticidekkel szembeni rezisztenciáról fogunk beszélni, amely az evolúció újabb példája, amelyet rövid idő alatt megfigyelhetünk.

Ipari melanizmus és

Az evolúciós biológia egyik legszembetűnőbb példája az ipari melanizmus. Ezt a jelenséget az ipari forradalom alatt dokumentálták, és sikerült kapcsolatot létrehozni a Biston betularia lepke színének változása és az élőhely szennyeződése között.

A lepkének két morfológiája van: egy világos és egy sötét. A fertőzés előtt az uralkodó változat a könnyű lepke volt, feltehetően azért, mert a nyírfák könnyű kéregén ült fel, és a potenciális ragadozók - madarak - észrevétlenül hagyhatták őket.

Az ipari forradalom megjelenésével a szennyezés jelentős mértékben megnőtt. A fák kérge egyre sötétebb színűvé vált, és ez változtatta meg a lepkék világos és sötét változatainak frekvenciáját.

A sötét lepke egy ideje volt a domináns változat, mivel jobban el tudott rejteni a feketült kéregben.

Ezt követően környezeti tisztító programokat hajtottak végre, amelyek hozzájárultak a környezetszennyezés csökkentéséhez. Ezen programok hatékonyságának köszönhetően a fák visszanyerik eredeti jellegzetes színüket.

Amint kitalálhatjuk, a lepkék gyakorisága ismét megváltozott, és az egyértelmű változat volt a domináns. Így az evolúciós folyamatot 50 év alatt dokumentálták.

Az evolúció mechanizmusai

A biológiai evolúció egy olyan folyamat, amely két lépést foglal magában: a variáció generálása, majd a variációk differenciált reprodukciója, akár természetes szelekcióval, akár genetikai drifttel. Ezért a természetes szelekció és az evolúció kifejezéseket nem szabad felcserélni - mert nem.

A populációgenetika szempontjából az evolúció az allél gyakoriságának időbeli változása egy populáción belül. Így az allélfrekvenciákat megváltoztató erők a szelekció, sodródás, mutáció és migráció.

Természetes kiválasztódás

Mint már említettük, Darwin legnagyobb hozzájárulása a biológiához a természetes szelekció elméletének javaslata volt. Ezt a média erősen félreértelmezte és félrevezette, és olyan rossz kifejezésekhez kapcsolta, mint például: "A legmegfelelőbb túlélése".

A természetes szelekció feltételei

A természetes kiválasztás egy egyszerű ötlet, csodálatos eredményekkel. Ha egy rendszer megfelel a következő jellemzőknek, akkor - természetesen - a természetes szelekció révén alakul ki:

Evolúciós biológiai alkalmazások

Az evolúciós biológia számos alkalmazásban áll, mind az orvostudományban, a mezőgazdaságban, a biológiai megőrzésben és más tudományágakban egyaránt.

Gyógyszer

Az evolúció elmélete alapvető tudomány az orvostudomány területén. Például lehetővé teszi számunkra, hogy megjósoljuk az antibiotikumok válogatás nélküli felhasználásának eredményét a fertőző betegségek kezelésére.

Ha szükségtelenül alkalmazunk egy antibiotikumot, vagy nem fejezzük be az orvosi kezelést, akkor megszüntetjük a nem rezisztens variánsokat, de a rezisztens egyének növelik gyakoriságukat a baktériumpopulációban.

Jelenleg a legtöbb antibiotikummal szembeni baktériumokkal szembeni rezisztencia globális érdeklődésre számot tartó téma. Az antibiotikumok használatának tudatosítása az egyik módja annak, hogy enyhítsék ezt a komplikációt.

Például a Staphylococcus aureus baktériumok gyakoriak a műtőben és fertőzéseket okoznak a betegek műtétek során.

Manapság a baktériumok teljes mértékben rezisztensek számos antibiotikummal, például penicillinnel, ampicillinnel és hasonló gyógyszerekkel szemben. Noha új antibiotikumokat állítottak elő ellensúlyozására, a gyógyszerek kevésbé hatékonyak.

Az ellenállás válsága az evolúció egyik legdrámaibb példája, amelyet saját szemünkkel megfigyelhetünk, tehát bizonyítja az evolúciós folyamatot.

Mezőgazdaság és állattenyésztés

Ugyanezt az alapelvet lehet kiterjeszteni a peszticideknek a kártevők kiküszöbölésére történő felhasználására a jelentős gazdasági jelentőségű növényekben is. Ha ugyanazt a peszticidet hosszú ideig alkalmazzák, akkor előnyben részesítjük az ellenálló variánsok növekedését.

Hasonlóképpen, a gazdák arra törekszenek, hogy megszerezzék a "legjobb" állatokat, amelyek maximalizálják a termelést (tej, hús stb.). Ezek az állattenyésztők kiválasztják azokat az egyéneket, akiknek a gyakorlati szempontból a leghasznosabb. A generációk elmúlásával az egyének egyre inkább hasonlítanak arra, amit az emberek kívánnak.

Az emberi mesterséges szelekciónak ez a folyamata hasonlít a természetes szelekcióra, a differenciált reproduktív siker szempontjából. Figyelemre méltó különbség, hogy a természetben nincs kiválasztási egység.

Védelmi biológia

A természetvédelmi kérdésekben az olyan jelenségek megértése, mint például a "szűk keresztmetszetek" és a beltenyésztés által okozott fitnesz csökkenése lehetővé teszi azok elkerülését, valamint olyan védelmi tervek elkészítését, amelyek növelik a fitneszt és megőrzik a lakosság egészségi állapotát.

Irodalom

1. Audesirk, T., Audesirk, G. és Byers, BE (2004). Biológia: tudomány és természet. Pearson oktatás.
2. Darwin, C. (1859). A fajok eredete a természetes szelekció segítségével. Murray.
3. Freeman, S., és Herron, JC (2002). Evolúciós elemzés. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Evolúció. Sinauer.
5. Hall, BK (Szerkesztő). (2012). Homológia: Az összehasonlító biológia hierarchikus alapja. Academic Press.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, és Garrison, C. (2001). Az állattan integrált alapelvei. McGraw-Hill.
7. Kardong, KV (2006). Gerinces: összehasonlító anatómia, funkció, evolúció. McGraw-Hill.
8. Kliman, RM (2016). Az evolúciós biológia enciklopédia. Academic Press.
9. Losos, JB (2013). A Princeton útmutatása az evolúcióhoz. Princeton University Press.
10. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV és Jackson, RB (2014). Campbell Biology. Pearson.
11. Rice, SA (2009). Az evolúció enciklopédia. Infobase Publishing.
12. Russell, P., Hertz, P. és McMillan, B. (2013). Biológia: A dinamikus tudomány. Nelson Education.
13. Soler, M. (2002). Evolúció: a biológia alapja. Déli projekt.
14. Starr, C., Evers, C., és Starr, L. (2010). Biológia: fogalmak és alkalmazások élettan nélkül. Cengage tanulás.
15. Wake, DB, Wake, MH és Specht, CD (2011). Homoplazia: a minta felismerésétől az evolúció folyamatának és mechanizmusának meghatározásáig. Science, 331 (6020), 1032-1035.