www.eprace.edu.pl » ludzkie-zachowania » Człowiek w świetle ewolucji biologicznej » Główne mechanizmy ewolucji

Główne mechanizmy ewolucji

Rozdział ten poświęcę podstawowym mechanizmom ewolucji. W pierwszym rzędzie zajmę się mutacją i doborem naturalnym. Uwzględnię przy tym rolę środowiska jako czynnika współdziałającego w selekcji naturalnej. Kolejno przejdę do omówienie związku jaki zachodzi pomiędzy filogenzą a ontogenezą. Na koniec podejmę się próbie ukazania zależności zachodzących pomiędzy genami a zachowaniem we współczesnej genetyce.

Mutacja

Mutacja jest rozumiana jako dziedziczna lub niedziedziczna zmiana w materiale genetycznym organizmu. Polega ona na zmianie nukleotydów w cząsteczce DNA w chromosomie. Nowe zmiany w DNA pojawiają się w trakcie kopiowania DNA. Podczas kopiowania DNA mogą pojawić się błędy, nazywane są one mutacjami. Skład genowy populacji może ulec zmianie, jeżeli znajdzie się wystarczająca liczba osobników, u których jednocześnie wystąpi dana mutacja. Mutacja taka może być dziedziczna i utrwalona następnie w populacji. Występują mutacje niekorzystne, neutralne, lub korzystne dla jej nosiciela. Dwie pierwsze zdarzają się znaczenie częściej niż ostania. Niewielka część mutacji prowadzi do pozytywnych skutków. Jeśli ma to miejsce, wówczas mamy do czynienia ze wzrostem wartości przystosowawczej. Należy przez to rozumieć, że osobnikom, którym się przydarzy taka mutacja będzie „sprzyjać szczęście”. Będą się one wyróżniać na tle pozostałych osobników gatunku, pewnymi warunkami, dzięki którym pozostawią po sobie więcej potomstwa¹⁴. Warto zwrócić uwagę na fakt, że dana mutacja w pewnych warunkach środowiskowych może być dla danego gatunku, (czy osobnika) niekorzystna, w innej niszy ekologicznej staje się przydatną adaptacją. Trzeba przyznać, że ma to rzadko kiedy miejsce¹⁵. Również jeżeli powstaje jakakolwiek adaptacja, to tylko za sprawą mutacji i jest ona zjawiskiem przypadkowym. Środowisko naturalne nie indukuje powstawania mutacji, natomiast promieniowanie i chemiczne mutageny mogą spowodować mutacje, ale tylko niekorzystne¹⁶.

Istnieje także rozróżnienie mutacji na punktowe (genowe) i chromosomowe. Mutacje punktowe są istotne dla ewolucji. Mogą one zmieniać zakres i intensywność procesów metabolicznych danego układu, wpływają na wrażliwość i oporność organizmów na czynniki zewnętrzne. Modyfikują one tylko układy znajdujące się na tym samym poziomie organizacji, ale nigdy nie prowadzą do przejścia tych układów na wyższy poziom organizacji. Materiał genetyczny, który podlega mutacji punktowej dotyczy genów strukturalnych, a więc tych, które kodują białka¹⁷. W następstwie takiej mutacji może zostać zmieniona funkcja danego białka. Zmiana funkcji białka pociąga za sobą zmianę w planie budowy organizmu na odpowiednim etapie jego rozwoju.

Mutacje chromosomowe mają znaczy udział w ewolucji gatunku. Polegają one na zmianie struktury lub liczby chromosomów, zmieniają one położenie genów zwiększając przez to prawdopodobieństwo korzystnej ich rekombinacji. Mutacje chromosomowe prowadzą do zwiększenia zasobu informacji danego układu, co jest niemożliwe przy mutacjach punktowych¹⁸.

Przez przypadkowe mutacje dochodzi do powstawania nowych genotypów w puli genetycznej gatunku, jak i do powstawania zmian wewnątrzgatunkowych, które stają się dziedziczne. Mutacja jest sprawcą mikroewolucji i makroewolucji. Mikroewolucja to zmiany powstałe wewnątrz gatunku i są one na ogół odwracalne. Makroewolucja prowadzi do powstania nowych rodzajów i jest nieodwracalna. Przyjmuje się, że mikroewolucja jest wersją makroewolucji, z taką różnicą, że jest od niej bardziej rozłożona w czasie i poprzez drobne mikromutacje zmierza do głębszych zmian, jakie w makromutacjach zachodzą skokowo. Istnieje do dzisiaj spór o to, czy proces gatunkotwórczy jest sprawą mikromutacji czy makromutacji. Zagadnienie to jest również formułowane w terminach gradualizm-punktualizm. Gradualizm to innymi słowy stopniowa modyfikacja cech w puli danego gatunku. Za punktualizm uważa się zmiany gwałtowne w gatunku zdarzające się rzadko w stosunku do okresów zastoju. Zmiana taka dotyczy zarówno właściwości morfologicznych, fizjologicznych jak i behawioralnych¹⁹.

Zagadnienie ewolucji biologicznej jest sformułowane jeszcze w inny sposób. Zakłada się, że istnieją dwie drogi rozwoju gatunku: droga filetyczna i droga dywergentna. Ewolucja filetyczna to inaczej makroewolucja w obrębie danego gatunku: ten sam gatunek zmienia się w inny gatunek. Ewolucja dywergentna to makroewolucja tworząca inne gatunki z gatunku rodzimego (inaczej specjacja). Gatunek wyjściowy może się zachować, ale wskutek np. specjacji allopatrycznej cześć tego gatunku przez izolację geograficzną wykształci w sobie inne cechy aniżeli te, które w punkcie wyjścia posiadała. Po tysiącach pokoleń gatunek taki nie będzie mógł się krzyżować ze swoim gatunkiem macierzystym. Powstaje wówczas nowy gatunek (gatunek endemiczny). Bariera geograficzna, - która przyczynia się do specjacji allopatrycznej różnicującej jeden gatunek na gatunki potomne, - narzuca tym osobnikom inne warunki środowiskowe wymuszając na nich zarazem, inny sposób życia, inne praktyki polowań, inne nawyki żywieniowe, co prowadzi w konsekwencji do różnic w ich budowie. Bariera geograficzna prowadzi do bariery genetycznej, lecz nie zawsze. Wymiana genów jest uniemożliwiona, gdy między gatunkiem macierzystym i potomnym nie może dojść do kojarzenia. Rozpoznają one siebie wzajemnie, – jeżeli między nimi dochodzi do spotkania – jako odmienny gatunek²⁰. Czasami te gatunki mogą się ze sobą krzyżować i dają potomstwo płodne, czasami, gdy się krzyżują, dają potomstwo bezpłodne a innym razem krzyżowanie między nimi jest niemożliwe.

Jak to teraz można odnieść do człowieka? Dobrze spojrzeć na nas – przy omawianiu tematu mutacji – przez podobieństwo do naszych najbliższych krewnych: szympansów. Allan Wilson i Mary-Claire Koing w 1975 roku, badając strukturę białek ludzi i szympansów odkryli, że różnice między ludźmi a szympansami wahają się w granicach jednego procenta. Później zostało to skorygowane do 1.5 procent. Genetycznie jesteśmy uderzająco podobni do naszych braci niższych. Jak to możliwe, że w naszym genotypie jak i fenotypie, jesteśmy tak od nich różni? Fakt ten byłby trudny do uzgodnienia z rzeczywistymi różnicami, gdyby nie współczesna wiedza na temat roli białek w całym cyklu życiowym. 1.5 procent różnicy w białkach, powoduje dużo większe różnice w odniesieniu do aminokwasów. Białko ma setki aminokwasów i różnice w sekwencji aminokwasów w białkach są częstsze niż 1.5 procent. Białko człowieka i szympansa w całości może się różnić, ale też może się różnić jednym czy dwoma aminokwasami. Różnica w tym jednym czy dwóch aminokwasach jest przekładalna na budowę i funkcjonowanie naszych organizmów. Różnica niepozorna niesie poważne konsekwencje w planie budowy danego organizmu. Te drobne różnice w budowie tych samych białek u człowieka i szympansa wynoszą aż 80 procent. Gen natomiast koduje białko. Liczba genów kodujących białka bliska jest 25 000. Odpowiada to różnicy w sekwencji białek liczącej 20 000. Posiadamy 1 400 genów, których nie ma szympans. Dochodzi do tego liczba kopii tego samego genu. Przyjmuje się, że mamy więcej kopii różnych genów aniżeli szympans. Dodatkowe kopie genów to znowu duże ułatwienie w wielu funkcjach²¹.

Z powyższego wynika, że szympans stałby się człowiekiem, gdyby tylko posiadał genetycznie te same warunki, co człowiek, a człowiek stałby się szympansem, gdyby warunki wyjściowe miał takie jak szympans. Źródło różnicy między nami ma podłoże genetyczne. Nie równa się to stwierdzeniu, że człowiek wyewoluował z szympansa. Jeżeli natomiast tak by było, to szympans byłby pierwszym do tego kandydatem. Nie musimy też myśleć, że szympans stanie się kiedyś człowiekiem, ale, jeżeli coś, co nie jest człowiekiem, kiedyś nim będzie, to najbliżej do tego byłoby szympansowi. Nie ma aktualnie przekonywujących dowodów na to, że szereg mutacji mógłby doprowadzić szympansa do człowieka. Nie jest jednak także wykluczone, że byłoby to niemożliwe²². Z biologicznego punktu widzenia, zmiany genetyczne stały się podstawą do jakiejkolwiek ewolucji człowieka. Ewolucja biologiczna nastąpiła – biorąc za swój przedmiot mutacje – na długo przed ewolucją kulturową i byłoby nierozsądym odżegnywać się od roli tej pierwszej przy powstaniu tej drugiej.

Każdy z nas jest wypadkową genów swoich rodziców (wariacja addytywna) i wypadkową, co najmniej 300 mutacji genetycznych (wariacja nieaddytywna), jakie miały w nas miejsce. Dzięki temu w aspekcie natury biologicznej, cech i właściwości, każdy z nas jest kimś niepowtarzalnym. Podobnie jak każda żyjąca istota. Ona również jest wydarzeniem niepowtarzalnym w skali całego wszechświata. Wiele jest czynników niezależnych od nas, które nas ukonstytuowały. Za jeden z takich czynników można uznać mutację. Daleka jest jednak droga od mutacji do naszego behawioru. Na obecną chwilę teoria ewolucji mówi nam, że powstanie takich, a nie innych właściwości naszego gatunku na drodze mutagenezy, zawdzięczamy przypadkowi. Nie wiemy natomiast, czemu mamy zawdzięczyć w ogóle istnienie, ale to jest sprawa osobna. Mutacja, będąca jednym z głównych mechanizmów ewolucji człowieka, nie dostarcza nam, póki co, odpowiedzi na pytanie o źródła naszych zachowań.

Dobór naturalny i adaptacja

Istnienie doboru naturalnego w przyrodzie uznaje się za fakt. Gdyby nie dobór naturalny, każdy gatunek rozmażałby się bez ograniczeń i doszłoby do takiej sytuacji, że na ziemi zabrakłoby miejsca do życia. Mechanizm doboru naturalnego wprowadza równowagę międzygatunkową. Liczebność gatunków zazwyczaj waha się w granicach pewnej normy, właściwej danemu gatunkowi. Panuje wtedy tak zwana harmonia w naturze. Równowaga jest zapewniona przez czynniki ograniczające, takie jak: zasoby pokarmowe, drapieżnictwo, choroby zakaźne, czy pasożytnictwo. Ograniczenie zasobów pokarmowych prowadzi do współzawodnictwa pomiędzy osobnikami tego samego gatunku. Rywalizacja może także zachodzić między przedstawicielami różnych gatunków, jeżeli, dajmy na to, preferują one ten sam rodzaj pokarmu. W następstwie tej „logiki natury”, w każdym gatunku dochodzi do wyselekcjonowania cech, które są najbardziej przydatne. Dana cecha czy właściwość, dzięki sukcesowi osobników ją posiadających, może się upowszechnić w populacji tegoż gatunku²³. Gatunki – można rzec – prowadzą między sobą walkę o byt i walkę z czynnikami ograniczającymi ich przyrost. Jeżeli czynniki ograniczające przestają obowiązywać, dochodzi do nieproporcjonalnego przerostu liczebności danego gatunku. Przykładowo, potomstwo jednej pary słoni po około 750 latach, bez wpływu czynników regulujących, wynosiłoby 19 milionów osobników. A wiadomym jest, że słoń zalicza się do zwierząt o niskiej płodności²⁴. Człowiek uniezależnił się od czynników ograniczających, co doprowadziło do jego eksplozji demograficznej, mającej katastrofalne skutki dla środowiska, bo działalność człowieka jest główną przyczyną masowego wymierania innych gatunków²⁵.

Dobór naturalny może ulepszać to, co istniało już wcześniej. Nie może natomiast stworzyć niczego nowego. Mówiąc ulepszać posługujemy się nośną metaforą. Na dobrą sprawę selekcja sama niczego nie ulepsza. To tylko warunki, w ramach których polepsza się to, co już istnieje. Warunki bowiem mogą też działać na niekorzyść danej populacji. Toteż istnieje ewolucja progresywna i ewolucja regresywna²⁶.

Występuje kilka modeli doboru naturalnego: dobór stabilizujący, kierunkowy, rozrywający, apostatyczny i płciowy. Najważniejszymi z nich są pierwsze trzy. Dobór stabilizujący usuwa osobniki skrajnie różniące się od normy. Zachodzi przy tym eliminacja genów wpływających na wielkie różnice fenotypowe, jak i tych genów, które zwiększają wrażliwość danego osobnika na czynniki otoczenia. Odchylenia powodowane ekspresją genów dewiantów zazwyczaj są szkodliwe dla takiej jednostki i nie radzi sobie ona w swoim środowisku tak jak reszta gatunku. Weddington nazwał to zjawisko kanalizacją ontogenezy²⁷. Np. odmienne ubarwienie u zebry (cała czarna) spowoduje, że łatwiej będzie namierzana przez drapieżników, większą uwagę będzie na siebie ściągać. Zebra mutant wkrótce zniknie z populacji i nie pozostawi po sobie żadnego potomstwa. W ten sposób ontogeneza jest kanalizowana do normy gatunku. Dobór kierunkowy jest związany ze specjacją allopatryczną. Model tego doboru opiera się na wyspecjalizowaniu somatycznym osobników w zastanym środowisku. Np. wielkość dzioba łuszczaków zamieszkujących wyspy Galapagos jest skorelowana do wielkości nasion. Na każdej wyspie są łuszczaki z innymi dziobami, czego powodem jest rodzaj dostępnego pokarmu. Małe nasionka sprzyjają upowszechnianiu cechy małego dziobka, duże nasionka natomiast dziobka dużego. Toteż mamy łuszczaki z małymi i dużymi dziobkami. Dobór rozrywający działa w zróżnicowanym środowisku i prowadzi do powstania dwóch subpopulacji tego samego gatunku. Dzieje się to wskutek walki o ograniczone zasoby pokarmu, z czego jedne osobniki wybierają coś innego niż pozostałe. Tak też na jednej wyspie Galapagos mogą być dwie subpopulacje tego samego gatunku łuszczaka i każda z nich jest dostosowana do jednego rodzaju ziaren (są one albo wielkie, albo małe). Cecha pośrednia, średniej długości dziob jest wyeliminowana. Faworyzowane są cechy skrajne.

Ewolucja nie planuje, ewolucja próbuje. Ewolucja nie jest inżynierem i projektantem – jest prędzej majsterkowiczem²⁸. To, że 99% z istniejących kiedykolwiek gatunków nie dotrwało do czasów nam obecnych, wydaje się przeczyć tezie, jakoby wszystkie one zostały zaprojektowane raz na zawsze po to, by żyć i się rozmnażać. Ich ścisłe dostrojenie do środowiska okazało się tymczasowe. To zewnętrzne aktualne warunki decydują o przydatności konkretnej właściwości organizmu. Z ogromnej liczby mutacji, jakie miały miejsce w historii życia, tylko nieliczne zakończyły się korzystnie. Nie będzie nadużyciem patrząc na naturalną ewolucję stworzenia, jeśli powiemy, że człowieka stworzyły przypadkowe mutacje. Ewolucji biologicznej z wielu prób najczęściej nieudanych, czasami coś się powiedzie. Trudno powiedzieć, czy tym czymś, co ewolucji udało się był człowiek²⁹.

komentarze

Przeszukaj ePrace

Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.