Rdzeń całej biologii – ewolucjonizm

Rdzeń całej biologii – ewolucjonizm

Theodosius Dobzhansky, rosyjski genetyk napisał kiedyś słynny esej Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution, która to fraza została nawet wmurowana w mozaikę na podłodze Jordan Hall of Science Uniwersytetu Notre Dame. I rzeczywiście – ewolucja stanowi rdzeń całej biologii i cement, który ją spaja. W tym wpisie postaram się zawrzeć wszystko, co maturzysta powinien na temat teorii Darwina-Wallace’a.

Na wstępie zaznaczę, że poza wymaganiami wiedzowymi na temat ewolucjonizmu samego w sobie, uczeń musi rozpatrywać całą biologię w jej kontekście ewolucyjnym, czyli w każdym zjawisku biologicznym musi być w stanie odnaleźć jego ewolucyjny sens. Przez to może Wam się wydawać, że Wy już to wszystko wiecie, bo ktoś mądry wymyślił, żeby rdzeń całej biologii przerabiać na sam koniec, ale kontekst ewolucyjny rozpoznawać od początku. W ewolucjonizmie nie ma zbyt wiele do nauki, bardziej czytając o zjawiskach trzeba je sobie uświadomić i później skojarzyć.


Kreacjonizm to nie nauka

Ten akapit nie odnosi się stricte do tematu, ale czuję się zobowiązany zaznaczyć to zanim przejdę do ewolucji. Teoria ewolucji ma w nazwie „teoria”, ponieważ jest bardzo dobrze udowodniona. Tym słowem w nauce oznacza się właśnie coś, co jest bardzo szeroko udowodnione (to jest w podstawie programowej), tak jak mówimy o teorii heliocentrycznej, czy teorii grawitacji. Nie ma natomiast czegoś takiego jak „teoria kreacjonizmu”. Kreacjonizm to pogląd i nie ma związku z naukami przyrodniczymi (co czasem próbuje się zamaskować nadając mu mądre nazwy jak Intelligent Design), bo nie spełnia najbardziej podstawowego warunku, jaki musi spełniać hipoteza naukowa – nie jest falsyfikowalny. Podstawom nauki poświęcę osobny wpis, bo umiejętności naukowe należą do podstawowego arsenału maturzysty, ale teraz powiem mniej więcej tyle, że nawet teoretycznie nie ma dowodu, który kreacjonizm mógłby podważyć. Teoretycznie, gdyby znaleźć szkielet współczesnego królika, który byłby stary jak dinozaury, teoria ewolucji upadłaby. Takiego szkieletu oczywiście nie ma, ale jest to teoretyczny dowód, który mógłby TE podważyć. Nie da się wymyślić czegoś takiego dla kreacjonizmu, co na samym wstępie wyklucza naukowość tego poglądu. Więcej na ten temat można przeczytać m.in. na blogu popularnonaukowym To Tylko Teoria.


Walka o byt

Jak już wiemy, każdy gatunek ma swoją niszę ekologiczną, której nie da się przeskoczyć. Jest zakres tolerancji na czynniki środowiska, pewne życiowe minimum etc. etc. Wiemy też, że środowisko nie ma nieograniczonych zasobów i trzeba o te zasoby konkurować. Gatunki konkurują, jeśli ich nisze ekologiczne się pokrywają. Ale jeżeli zejdziemy trochę niżej niż populacja, to możemy zauważyć, że nisze ekologiczne członków tej samej populacji pokrywają się w całości. Sprawia to, że mamy do czynienia z naprawdę wielką konkurencją, gdzie stawką jest przeżycie. Natura jest okrutna.

Grigorij Gause wykonywał eksperymenty, w których hodował na szalkach orzęski i pantofelki, które odżywiały się tym samym (czyli ich nisze się pokrywały). Dopóki jedzenia starczyło dla wszystkich, obydwie populacje współegzystowały, ale w miarę jak populacje się zagęszczały, wzrastała pomiędzy nimi konkurencja, ale pantofelki okazały się trochę lepiej dostosowane do pobierania pokarmu. Sprawiło to, że liczebność populacji orzęsków zaczęła się zmniejszać i zmniejszać, aż w końcu została całkowicie wyparta. Tak się dzieje zawsze i nazywa się to zasadą Gausego (nie trzeba tej nazwy znać). Dokładnie tak samo to działa wewnątrz populacji.

Zmienność i dobór naturalny

Niektóre osobniki tej samej populacji są dostosowane do korzystania z zasobów środowiska lepiej niż inne. Nie wszyscy wyglądamy tak samo, wewnątrz gatunku też istnieje zmienność i ta zmienność jest absolutnie kluczowa do przebiegu procesu ewolucji, podstawa programowa nazywa zmienność surowcem ewolucji. Działa to w ten sposób, że z osobników mniej i bardziej dostosowanych ewolucja wykonuje dobrze dostosowaną populację. Z tym, że ewolucja nie bawi się w socjalizm, nie wyrównuje szans, podstawowym narzędziem ewolucji jest śmierć.

Cała zabawa polega na tym, że wszystkie cechy zapisane są w genach. Geny już żywego organizmu nie zmieniają się (a przynajmniej nie na tyle, żeby jakoś znacząco zmienić dostosowanie do środowiska), ale mogą być przekazywane dalej. Jeżeli więc chcemy, żeby populacja była dobrze dostosowana, musimy tylko sprawić, żeby dobrze dostosowane osobniki rozmnażały się, dzięki czemu w kolejnym pokoleniu nastąpi kumulacja pozytywnych cech. Osobniki niedostosowane muszą w międzyczasie umrzeć.

Opisany wyżej proces dzieje się naprawdę i jest całkiem logiczny. Jeśli zasoby środowiska są ograniczone i osobniki konkurują, to zwycięży ten, który dostęp do tych zasobów umie sobie zapewnić. Osobniki gorzej dostosowane np. do zdobywania pokarmu, ukrywania się przed drapieżnikami, zapewniania sobie miejsc lęgowych itd. nie rozmnożą się (bo w gruncie rzeczy nie chodzi o dostosowanie do przeżycia, a bardziej do efektywnego rozmnażania się) i ich geny nie przetrwają w populacji. Zjawisko to nazywa się doborem naturalnym lub selekcją naturalną.

Źródła zmienności i adaptacje

Jak już wspomniałem, cechy organizmu zawierają się w genach. Jak wiemy, geny mają różne wersje, czyli allele. Allele mają w populacji różną frekwencję i frekwencja ta przekłada się na wartość ewolucyjną danego allelu, bo jeżeli dana cecha jest korzystna, czyli jakiś organizm zdobywa dzięki niej przewagę nad innymi, to podobnie jak u Gausego, zaczyna wypierać inne osobniki z populacji. Oczywiście nie będzie to tak spektakularne, jak w przypadku konkurencji międzygatunkowej, mówimy tutaj o zaledwie jednym organizmie w całej populacji, zanim kula śniegowa zmian się potoczy minie trochę czasu.

Jeżeli byśmy mieli całą populację jednakowych („czystych rasowo”) osobników, to zmiana warunków środowiska, które przecież nie jest stałe, może doprowadzić do wybicia całej populacji. Zmienność pozwala na większą plastyczność populacji jako całości wobec środowiska.

Cechy zwiększające szanse na przeżycie nazywamy adaptacjami. Adaptacje są specyficzne dla niszy ekologicznej populacji; to co ulepsza życie tasiemca, niekoniecznie ulepszyłoby życie sarny. Adaptacje, kiedy już się pojawią, umacniane są przez dobór naturalny, ale skąd się biorą? Główne źródła zmienności genetycznej to rekombinacja i mutacje.

Zmienność

Mutacje

Mutacje są odpowiedzialne za powstawanie nowych alleli, które później zostaną przetestowane przez dobór naturalny. Mutacje mogą pogorszyć zdolność przetrwania i wtedy zostaną wyeliminowane z puli genowej przez selekcję naturalną. Mutacje neutralne to na przykład mutacje sekwencji niekodujących. Ponieważ nie mają żadnego przełożenia na genotyp, ewolucja ani ich nie faworyzuje, ani nie tępi. Mutacje pozytywne, mimo że rzadkie, zdarzają się i są przez ewolucję faworyzowane.

Rekombinacja

Rekombinacja to zróżnicowanie zestawów alleli obecnych w populacji. Ma ona swoje źródło m.in. w rozmnażaniu płciowym, gdzie powstają losowe gamety, zachodzi crossing-over, gamety losowo się łączą itd. Rekombinacja zwiększa zmienność populacji dzięki obecności homo- i heterozygot, co wiąże się z różnymi przejawami fenotypowymi.

Rodzaje doboru naturalnego

Możemy wyróżnić trzy główne rodzaje doboru naturalnego: dobór stabilizujący, dobór kierunkowy i dobór różnicujący. Mówi się jeszcze o doborze płciowym i krewniaczym, ale nie ma ich w podstawie programowej, jednak warto je znać, bo czasem zadania do nich nawiązują (a w zbiorach pojawiają się notorycznie, więc na sprawdzian bardzo wypada je znać). Oczywiście poza doborem naturalnym występuje dobór sztuczny.

Dobór

Rozkład cech w populacji można przedstawić za pomocą wykresu. Jeśli na osi OX umieścimy „moc” danej cechy (np. jeśli cechą będzie masa ciała, to zróżnicowanie będzie szło od bardzo chudych do bardzo otyłych z umiarkowanymi na środku), a na osi OY ilość osobników o danej mocy tej cechy, to wyjdzie nam krzywa dzwonowa (nazywana też rozkładem Gaussa, ale to nie Gause od pantofelków i orzęsków). Wskazuje nam to, że osobników o cechach umiarkowanych jest najwięcej, zaś im cecha bardziej skrajna, tym osobników mniej. I uwaga – zrobiłem wykresy!

Wykres 1

I to średnia wartość cechy, gdzie jak widać osobników jest najwięcej. II to skraje wartości cechy, gdzie liczba osobników jest już mniejsza, zaś III prezentuje natężenie cechy tak ekstremalne, że osobniki nie są w stanie przetrwać w środowisku. Ten podstawowy rozkład jest modyfikowany przez dobór naturalny.

Dobór stabilizujący

Dobór stabilizujący zawęża standardowy rozkład. Dzieje się tak przy stabilnych warunkach środowiska, kiedy populacje stają się coraz bardziej jednolite. Ewolucja nie sprzyja osobnikom o cechach skrajnych, zaś faworyzuje osobniki o cechach uśrednionych. Sprawia to, że populacja jako taka jest lepiej dostosowana do panujących warunków, ale mniej odporna na zmiany środowiska, bo zmiana może łatwo przesunąć szalę na stronę osobników o cechach skrajnych, których ilość ten dobór w populacji ogranicza. Dobór stabilizujący prowadzi do zmniejszenia zmienności osobniczej.

Wykres 2.jpg

Dobór kierunkowy

Dobór kierunkowy ma miejsce przy zmianie środowiska, kiedy okazuje się, że pewne natężenie danej cechy ma większe właściwości przystosowawcze niż jej druga skrajność. Za sprawą doboru naturalnego równowaga w populacji przesuwa się wtedy w jedną ze stron.

Wykres 3

Bardzo ważnym przykładem doboru kierunkowego jest tzw. melanizm przemysłowy. Krępak nabrzozak to sympatyczna ćma bytująca właśnie na brzozach. Jasne osobniki miały przewagę nad ciemnymi, ponieważ siedząc na brzozie zlewały się z nią i były mniej widoczne dla drapieżników. Kiedy nadeszła rewolucja przemysłowa, brzozy zaczęły ciemnieć (obrastające je porosty zaczęły umierać, bo porosty są wrażliwe na tlenki siarki, czyli znana nam już skala porostowa), przez co szala przechyliła się na stronę osobników ciemnych. Innym ważnym przykładem działania tego doboru jest uzyskiwanie przez bakterie oporności na antybiotyki (oporności, nie odporności, przy bakteriach zawsze mówimy o oporności). Przyjmowanie antybiotyku zabija najpierw najmniej oporne osobniki, dopiero dłuższa kuracja pozwala wyeliminowanie tych bardziej opornych, a najbardziej oporne niszczy układ odpornościowy chorego. Jeśli antybiotyk jest odstawiony przedwcześnie, bo człowiek nie pomyśli, że ma jeszcze trochę bakterii w organizmie mimo ustąpienia objawów, to populacja bakterii odrodzi się, ale tym razem będzie złożona praktycznie w całości z osobników opornych. W ten sposób przez swoją nieodpowiedzialność ludzkość może sprowadzić na siebie zagładę.

Dobór różnicujący

Dobór różnicujący (zwany też rozrywającym, rozdzielającym, rozrzutowym i apostatycznym) faworyzuje osobniki o cechach skrajnych, zaś tępi osobniki o cechach średnich. Może to mieć miejsce, gdy środowisko jest niejednorodne. Długo działający dobór różnicujący może prowadzić do wydzielania się nowych gatunków, czyli do specjacji.

Wykres 4.jpg

Podsumowując dobór naturalny:

  • Jeśli presja działa z prawej i lewej jednocześnie, mamy do czynienia z doborem stabilizującym,
  • Jeśli presja działa z prawej lub lewej, mamy do czynienia z doborem kierunkowym,
  • Jeśli presja działa z góry, mamy do czynienia z doborem różnicującym.

Dobór płciowy

Dobór płciowy z początku może się wydawać paradoksalny, ale to naprawdę ma sens. W doborze płciowym samce konkurują o samice i to samice wybierają partnera do rozrodu. Logiczne jest, że samica chce mieć dzieci z najbardziej dostosowanym samcem, żeby jej dzieci miały jak najlepsze geny. Jeżeli mamy do czynienia ze strategią rozrodczą typu K, to samiec często też będzie musiał zapewnić rodzinie bezpieczeństwo, pożywienie itp. Paradoksalne jest więc zachowanie np. samic pawia. Cechą godową u pawi jest duży, kolorowy ogon, który w żaden sposób nie pomaga przetrwać, a nawet zwraca na siebie uwagę drapieżników. Dlaczego więc takie samce cieszą się największym wzięciem? Bo samiec z wielkim, kolorowym ogonem robi sobie taką reklamę: „Patrzcie samice, mam olbrzymi kolorowy ogon, który nieziemsko przeszkadza mi w życiu, zwraca na siebie uwagę drapieżników, nie ma żadnego praktycznego zastosowania, a mimo to żyję!”. W związku z tym, że samiec pawia żyje mimo posiadania tak adaptacyjne głupiej cechy, to znaczy, że musi nadrabiać siłą, zwinnością itd., czyli posiada korzystne geny i zapewni rodzinie byt. Na marginesie dodam, że dobór sztuczny pawi na pióra może skutkować powstawaniem osobników tak niedostosowanych, że jeśli by włączyć je do środowiska, gdzie rzeczywiście będzie obecny drapieżnik, taki paw nie będzie w stanie przeżyć. Ma to związek z tym, że w hodowli praktycznie nie funkcjonuje dobór naturalny, który by osobniki ze zbyt przeszkadzającym ogonem i zbyt słabe eliminował.

pexels-photo-148291.jpeg

Dobór krewniaczy

Dobór krewniaczy, nazywany też altruistycznym, nie wynika z zachowań altruistycznych, a jest ich przyczyną. Jeżeli weźmiemy takie zjawiska jak poświęcenie się dla kogoś, opiekowanie się rodzeństwem, homo- i aseksualizm, to możemy pomyśleć, że nie mają sensu, bo nie prowadzą do powielenia własnych genów. Zachowania te mają jednak wymierne korzyści. Rodzeństwo u ludzi ma połowę genów takich samych, siostry u pszczół są spokrewnione bliżej ze sobą nawzajem, niż ze swoją matką (współczynnik pokrewieństwa wynosił u nich 0,75, to zjawisko było dokładniej opisane w którymś numerze Wiedzy i Życia, będę próbował dokładnie znaleźć gdzie). Opiekując się rodzeństwem, tak naprawdę opiekujemy się swoimi własnymi genami, które zostaną utrwalone w populacji, jeśli nasz brat lub siostra się rozmnożą. Homo- i aseksualizm wiążą się też ze zmniejszeniem wewnątrzgatunkowej konkurencji o samicę (patrz efekt braterskiej kolejności urodzeń). Te zjawiska mają miejsce nie tylko u ludzi, ale u wielu zwierząt, np. u pszczół robotnice nie rozmnażają się, a opiekują się rodzeństwem. Oczywiście nadużyciem by było sprowadzenie wszystkich zachowań altruistycznych do doboru krewniaczego, behawiorystka zwierząt jest znacznie bardziej skomplikowana, ale rzeczywiście u podstaw tych zachowań leży właśnie dobór krewniaczy.

queen-cup-honeycomb-honey-bee-new-queen-rearing-compartment-56876.jpeg
Dobór sztuczny

Dobór sztuczny ma miejsce w hodowlach i jest prowadzony przez człowieka. Ma on miejsce gdy to człowiek faworyzuje pewne cechy, które niekoniecznie związane są ze stopniem dostosowania do środowiska. Dobór sztuczny ma miejsce w biotechnologii tradycyjnej, gdzie sztucznie krzyżuje się osobniki o pewnych pożądanych cechach, by uzyskać osobniki o podobnych cechach. Jest to też pewien rodzaj doboru kierunkowego i stabilizującego. Dobór sztuczny prowadzi do zmniejszenia różnorodności wewnątrz gatunku, co jest o tyle niebezpieczne, że jednakowo wyglądająca populacja prowadzi do znacznie zmniejszonej odporności na zmiany środowiska, na przykład już raz się zdarzyło, że wszystkie banany prawie całkowicie wymarły przez dziesiątkującą je chorobę panamską i trzeba było stworzyć nową odmianę przeznaczoną do sprzedaży (więcej o tym, że kiedyś banany to były zupełnie inne banany, przeczytacie tu, a warto o tyle, że może się to wydarzyć ponownie). Oczywiście dobór sztuczny można uznać za rodzaj doboru wynikający z zależności między np. krową i Homo sapiens, ale wyróżnienie doboru sztucznego jest wygodniejszym rozwiązaniem.

Dryf genetyczny

Wyobraźcie sobie najbardziej dostosowanego lwa, jaki tylko może być. Silny, zwinny, maksymalnie dostosowany do środowiska. Za chwilę przystąpi do rozrodu, a jest tak atrakcyjny, że praktycznie nie ma konkurencji u samic. Ewolucja powinna bardzo silnie faworyzować takiego lwa. Wyobraźcie sobie, że nasz lew zjada właśnie upolowaną bez trudu samice, dławi się i umiera. Takie przypadkowe usunięcie genów z populacji to tzw. dryf genetyczny. Taka śmierć nie ma związku z dostosowaniem lub niedostosowaniem do środowiska, tak samo może zadławić się silny i słaby lew, ale mimo wszystko zachodzi. Nie jest to szczególnie logiczne, górne drogi oddechowe spokojnie mogłyby być przecież oddzielone od dróg pokarmowych, byłoby to znacznie rozsądniejsze rozwiązanie, ale ewolucja nie posiada rozsądku, bo nie myśli, nie dąży do czegoś konkretnego i nie jest planowana o czym należy pamiętać formułując odpowiedzi do zadań maturalnych – najpierw jest przyczyna, później skutek.

Genetyka populacji

Teraz popatrzymy na ewolucję z punktu widzenia całych populacji. W ewolucji, jak wiemy, nie są ważne konkretne osobniki, a geny, które te osobniki posiadają. Jeżeli spojrzeć na populację jako całość, to można powiedzieć, że posiada ona pewną pulę genową, albo nawet, że populacja stanowi pewną pulę genową. Pula genowa gatunku jest zwykle odizolowana od innych pul genowych, bo gatunki nie krzyżują się ze sobą, ale wewnątrz populacji następuje swobodny przepływ genów. Geny mają różne allele i w genetyce populacji bardzo ważna jest frekwencja tych alleli w puli genowej, czyli jak często ten allel w populacji występuje. O częstości alleli mówi prawo Hardy’ego-Weinberga (czyt. Hardego-Wajnberga), na który poświęcę osobny wpis, bo prawo to wiąże się z rozwiązywaniem zadań obliczeniowych. Należy jednak zaznaczyć, że częstość alleli w populacji zmienia się pod wpływem działania doboru naturalnego. Dobór faworyzuje pewne allele nad inne, bo różne allele mają różną wartość adaptacyjną. Ze względu jednak na to, że występuje zjawisko nosicielstwa, nie wszystkie szkodliwe allele są usuwane z populacji, o czym zaraz sobie powiemy.

Choroby genetyczne, a ewolucja

Pomimo działania doboru naturalnego, pewne niekorzystne allele ciągle utrzymują się w populacji, mimo że nie mają znaczenia adaptacyjnego, a nawet wręcz przeciwnie. Dlaczego tak się dzieje? Ma to związek z mechanizmem powstawania tych chorób.

Nondysjunkcje chromosomowe

Takie choroby jak zespół Downa nie dziedziczą się, a powstają przypadkiem przez błąd mejozy. W związku z tym nie działa tutaj dobór naturalny, bo nie ma tutaj częstości alleli do regulowania, zwłaszcza że chorzy są bezpłodni. Mimo że rolę gra tutaj przypadek, nie mówimy o dryfie genetycznym, bo nie następuje usunięcie żadnych alleli z puli genowej.

Allele recesywne

Takie choroby jak mukowiscydoza (i duża część chorób genetycznych) warunkowane są allelami recesywnymi. W związku z tym, że heterozygoty nie mają żadnych objawów choroby, nie działa presja ewolucyjna na eliminację takich osobników (a tym samym alleli recesywnych) z populacji, co sprawia, że niekorzystne allele utrzymują się. Jest to oczywiście wspomniane zjawisko nosicielstwa.

Allele współdominujące

Część chorób, np. anemia sierpowata, warunkują allele, które w organizmie współdominują. Sprawia to, że heterozygoty mają objawy choroby, ale lżejsze i tym samym presja ewolucyjna jest mniejsza. W przypadku anemii sierpowatej ważne jest również to, że daje ona odporność na zakażenie malarią, bo zarodziec malarii nie wnika do zniekształconych erytrocytów. Przez to zjawisko anemia sierpowata jest powszechna na terenach stale objętych malarią, bo jest przez lokalny dobór naturalny faworyzowana. Negatywne skutki bycia chorym na malarię są większe od negatywnych skutków anemii sierpowatej, dlatego może być ona ewolucyjnie opłacalna.

Allele dominujące

Chorób genetycznych warunkowanych przez allele dominujące jest niezwykle mało, bo w tym wypadku presja ewolucyjna w kierunku usunięcia tych alleli z populacji jest naprawdę silna. Co więc sprawiło, że np. pląsawica Huntingtona ciągle pojawia się w populacji? Czas. Choroba ta ujawnia się późno, pierwsze objawy pojawiają się między 30 a 40 rokiem życia, czyli w wieku, w którym często już ma się dzieci. Presja ewolucyjna na allel może działać tylko wtedy, gdy daje on efekty fenotypowe, czyli w tym wypadku zaczyna działać za późno.

Populacyjne skutki dryfu genetycznego

Dryf genetyczny może mieć daleko idące konsekwencje dla całej populacji, bo nie zawsze mówimy tu o przypadkowej śmierci pojedynczego osobnika, ale przypadek może objąć nawet większą część populacji. W związku z tym mówimy o efekcie wąskiego gardłaefekcie założyciela.

Dryf

Efekt wąskiego gardła

Jeśli populację przetrzebi jakaś katastrofa, np. wybuch wulkanu, to zginie spora część populacji. Tym samym część alleli zostanie na stałe wyeliminowana, umierając razem z nosicielami. Ci, którzy przeżyją katastrofę, nie będą posiadali wszystkich obecnych wcześniej w populacji alleli. Taki gwałtowny spadek różnorodności genetycznej nazywany jest efektem wąskiego gardła lub szyjki od butelki.

Efekt założyciela

Jeśli niewielka grupa osobników odłączy się od „głównego nurtu” i zacznie kolonizować nowy teren, to będzie miał miejsce efekt założyciela. Polega on na tym, że nowa populacja, zbudowana przez przypadkowych założycieli, będzie miała w puli genowej allele tylko tych założycieli i automatycznie będzie do nich podobna. Dryf genetyczny niekoniecznie wiąże się tutaj ze śmiercią całej reszty osobników, ale raczej z samą tylko eliminacją ich alleli z odłączającej się części populacji. Efekt założyciela (podobnie jak efekt wąskiego gardła) zawsze prowadzi do zmniejszenia różnorodności populacji.

Powstawanie gatunków

Wiele razy w tym tekście padło słowo gatunek, którym to pojęciem się teraz zajmiemy. Definicja gatunku stopniowo (hehe) ewoluowała i jak kiedyś gatunek określało się wyłącznie na zasadzie podobieństw, to w kontekście ewolucyjnym możemy określić gatunek jako grupę osobników podobnych morfologicznie, których nisze biologiczne pokrywają się i które stanowią zamkniętą pulę genową. Trochę inna definicja mówi o tym, że gatunek to grupa organizmów mogących się krzyżować i dawać płodne potomstwo, ale ta definicja jest niepełna przez nieuwzględnienie niszy biologicznej.

W kontekście definicji gatunku bardzo ważna jest „zamkniętość” puli genowej. Barier uniemożliwiających przepływ genów jest wiele i wszystkie wymienię hasłowo na rycinie, ale ponieważ ich znajomość nie jest zawarta w podstawie programowej, nie będę tych informacji pogłębiał.

Izolacja

Izolacja geograficzna

Ten jeden rodzaj izolacji musi być omówiony. Izolacja geograficzna zachodzi wtedy, gdy mamy do czynienia z jakąś barierą geograficzną, np. morza, góry, rzeki, lasy, przez co osobniki nie mogą nawet próbować się rozmnożyć. Niezwykle ważnym przykładem takiej izolacji są zięby Darwina, czyli gatunki zięb, które Karol Darwin zaobserwował podczas swojej wyprawy na Galapagos. Były one do siebie podobne, ale jednak różniły się m.in. kształtem dziobów, które były dostosowane do różnych rodzajów pokarmów na różnych wyspach. Różniły się też one od zięb ze stałego lądu. W tym wypadku długotrwała izolacja połączona z działaniem doboru kierunkowego spowodowała wyodrębnienie się wielu gatunków, czyli specjację (łac. speciens – gatunek).

Darwin's_finches_by_Gould.jpg

Specjacja allopatryczna i sympatryczna

Ponownie – rodzajów specjacji jest wiele w zależności od różnych podziałów, ale ja omówię tylko specjację allopatryczną i sympatryczną, pomiędzy którymi trzeba umieć wskazać różnicę.

Specjacja allopatryczna (gr. allos – inny, patria – ojczyzna) jest wynikiem rozdzielenia populacji barierą fizyczną, czyli dokładnie to, co miało miejsce w wypadku zięb Darwina. Bariery te powstawały i znikały w wyniku zlodowaceń, zmian klimatu, wędrówki kontynentów itp., a im dłużej bariera istniała, tym bardziej pogłębiały się różnice między populacjami. W pewnym momencie te różnice były już tak duże, że mówiliśmy już o różnych gatunkach.

Specjacja sympatryczna nie wymaga bariery geograficznej, a jedynie czegoś, co uniemożliwi rozród. Przykładem może być poliploidyzacja roślin. Taki zabieg u zwierząt zwykle kończy się śmiercią zanim się jeszcze dobrze zacznie, ale rośliny całkiem nieźle to znoszą i często rośliny ze zwielokrotnionym garniturem chromosomowym zyskują przewagę nad kuzynami typu dzikiego.

Osobiście zapamiętuję te terminy z przez właśnie ich pochodzenie. Patria, wiadomo, patriotyzm, a allos jak allel, inna wersja genu. Sym- jak sympozjum  czyli zebranie naukowców w jednym miejscu.


W tym wpisie to będzie tyle, bo ma już 3300 słów. Poza prawem Hardy’ego-Weinberga została nam do omówienia historia życia na Ziemi i antropogeneza oraz źródła wiedzy o ewolucji, a w ramach historii życia na Ziemi piekielnie ważna konwergencja i dywergencja.

Dodatek: samolubny gen

Genialną koncepcję jak patrzeć na ewolucję zaproponował prof. Richard Dawkins w książce pt. Samolubny gen. Zgodnie z tą koncepcją, podmiotem ewolucji są geny i to geny jako nieśmiertelne replikatory walczą o przetrwanie, zaś organizmy to wehikuły, których jedyną racją istnienia jest powielanie i utrwalanie genów.

Bibliografia

  • Bukała, B. (2013). Biologia. Ewolucjonizm. Kraków: Wydawnictwo Szkolne Omega.
  • Campbell, N., Reece, J., Cain, M., Wasserman, S., Minorsky, P., Jackson, R., Stobrawa, K., Strzałko, J., Dabert, J., Urry, L., Dabert, M., Wiland-Szymańska, J., Woźny, A., Słocińska, M., Pacholska-Bogalska, J., Marciniak, P., Kasprzyk, A., Czarniewska, E., Rosiński, G., Rosińska, J., Surmacki, A., Bandel, J. and Szymczak, M. (2016). Campbell biologia. Poznań: Dom Wydawniczy REBIS.
  • Dubert, F., Jurgowiak, M., Marko-Worłowska, M. and Zamachowski, W. (2017). Biologia na czasie 3. Warszawa: Nowa Era.
Licencja Creative Commons

Rdzeń całej biologii – ewolucjonizm by Stowarzyszenie Evviva l’arte / Jakub Jędrusiak is licensed under a Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowe License.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *