If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Darwin, ewolucja i dobór naturalny

Podróż Karola Darwina na HMS Beagle i jego teorie na temat ewolucji i doboru naturalnego. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji HASCO-LEK.

Kluczowe punkty:

  • Karol Darwin był brytyjskim przyrodnikiem, który zaproponował teorię ewolucji biologicznej poprzez dobór naturalny.
  • Darwin zdefiniował ewolucję jako "pochodzenie z modyfikacją”, myśl, że gatunki zmieniają się w czasie, rodzą nowe gatunki i mają wspólnego przodka.
  • Mechanizm ewolucji zaproponowany przez Darwina to dobór naturalny. W związku z tym, że w naturze zasoby są ograniczone, organizmy o cechach dziedzicznych sprzyjających przetrwaniu i reprodukcji będą miały tendencję do pozostawiania większej liczby potomstwa niż ich rówieśnicy, powodując, że cechy te będą coraz częstsze z pokolenia na pokolenie.
  • Dobór naturalny powoduje, że populacje z czasem adaptują się lub coraz lepiej dopasowują do swojego środowiska. Dobór naturalny zależy od środowiska i wymaga istniejącej zmienności genetycznej (dziedzicznej) w grupie.

Co to jest ewolucja?

Podstawową ideą ewolucji biologicznej jest to, że populacje i gatunki organizmów zmieniają się w czasie. Dzisiaj, gdy myślimy o ewolucji, najczęściej kojarzymy tę ideę z jedną konkretną osobą: brytyjskim przyrodnikiem Karolem Darwinem.
W latach 50. XIX wieku Darwin napisał wpływową i kontrowersyjną książkę pod tytułem O powstawaniu gatunków. Zaproponował w niej ewolucję gatunków (lub, jak to ujął, „pochodzenie z modyfikacją”) i to, że wszystkie żywe stworzenia mogą śledzić swoje pochodzenie od wspólnego przodka.
Darwin zasugerował także mechanizm ewolucji: dobór naturalny, w którym cechy dziedziczne, które pomagają organizmom przetrwać i rozmnażać się, stają się z czasem bardziej powszechne w populacji.
W tym artykule przyjrzymy się bliżej pomysłom Darwina. Prześledzimy, jak powstały w trakcie jego podróży po świecie na statku HMS Beagle, a także przyjrzymy się przykładowi na to jak może działać ewolucja poprzez dobór naturalny.

Darwin i podróż statkiem HMS Beagle

W swojej przełomowej książce O powstawaniu gatunków Darwin przedstawił swoje pomysły na temat ewolucji i doboru naturalnego. Pomysły te były w dużej mierze oparte na jego bezpośrednich obserwacjach z podróży po świecie. W latach 1831–1836 Darwin brał udział w wyprawie badawczej statkiem HMS Beagle, która obejmowała postoje w Ameryce Południowej, Australii i południowym krańcu Afryki. Na każdym z przystanków wyprawy Darwin miał okazję badać i katalogować lokalne rośliny i zwierzęta.
Podczas swoich podróży Darwin zaczął dostrzegać intrygujące wzorce w rozmieszczeniu i cechach organizmów. Możemy zobaczyć niektóre z najważniejszych wzorców, które Darwin dostrzegł w rozmieszczeniu organizmów, śledząc jego obserwacje z Wysp Galapagos u wybrzeży Ekwadoru.
_Ilustracja: "Darwin's finches," John Gould (domena publiczna)._
Darwin odkrył, że na pobliskich wyspach Galapagos żyją podobne, ale nieidentyczne gatunki zięb. Ponadto zauważył, że każdy gatunek zięby jest dobrze dostosowany do życia w swoim środowisku i do pełnionej roli. Na przykład gatunki, które zjadały duże nasiona, miały duże, twarde dzioby, a te, które zjadały owady, miały cienkie, ostre dzioby. W końcu zauważył, że zięby (i inne zwierzęta) znalezione na Wyspach Galapagos były podobne do gatunków na pobliskim kontynencie w Ekwadorze, ale różniły się od gatunków występujących w innych częściach świata2.
Darwin nie odkrył tego wszystkiego podczas swojej podróży. W rzeczywistości nie zdawał sobie sprawy, że wszystkie te zięby były spokrewnione ale stanowiły odrębne gatunki, dopóki nie pokazał swoich okazów wykwalifikowanemu ornitologowi (biologowi ptaków) lata później3! Ostatecznie jednak wpadł na pomysł, który mógłby wyjaśnić istnienie pewnego podobnego wzorca u różnych zięb.
Zgodnie z ideą Darwina wzorzec ten miał sens, gdyby Wyspy Galapagos były dawno zasiedlone przez ptaki z sąsiedniego lądu. Na każdej wyspie zięby mogły stopniowo dostosowywać się do lokalnych warunków (na przestrzeni wielu pokoleń i długich okresów czasu). Proces ten mógł doprowadzić do powstania jednego lub więcej odrębnych gatunków na każdej wyspie.
Pojawiło się jednak pytanie, że jeśli ta idea była poprawna, to dlaczego? Jaki mechanizm mógł wyjaśnić, w jaki sposób każda populacja zięby nabyła pewne adaptacje lub cechy, które sprawiły, że dobrze dostosowała się do otoczenia w którym żyła? Podczas swojej podróży i po latach Darwin opracował, a następnie udoskonalił zbiór pewnych idei, które mogły wyjaśnić wzorce, które zaobserwował podczas podróży. W swojej książce O powstawaniu gatunków Darwin nakreślił dwie kluczowe idee: ewolucję i dobór naturalny.

Ewolucja

Gatunki współczesne pojawiają się na górze wykresu, a przodkowie od których pochodzą, są pokazani niżej na wykresie. Ilustracja: "Darwin's tree of life," Charles Darwin. Zdjęcie A. Kouprianov, domena publiczna.
Darwin zaproponował, że gatunki mogą się zmieniać w czasie, że nowe gatunki pochodzą od wcześniej istniejących gatunków i że wszystkie gatunki mają wspólnego przodka. W tym modelu każdy gatunek ma swój własny unikalny zestaw dziedzicznych (genetycznych) różnic od wspólnego przodka, które gromadziły się stopniowo w bardzo długich okresach. Powtarzające się rozgałęzienia, w których nowe gatunki odrywają się od wspólnego przodka, wytwarzają wielopoziomowe „drzewo”, które łączy wszystkie żywe organizmy.
Darwin nazwał ten proces, w którym grupy organizmów zmieniają swoje dziedziczne cechy z pokolenia na pokolenie, jako „pochodzenie z modyfikacją”. Dziś nazywamy to ewolucją. Szkic Darwina zamieszczony powyżej ilustruje jego pomysł, pokazując, jak jeden gatunek z czasem może się rozgałęziać na dwa i jak ten proces może się powtarzać wiele razy w „drzewie genealogicznym” grupy pokrewnych gatunków.

Dobór naturalny (selekcja naturalna)

Co ważne, Darwin nie tylko zaproponował ideę ewolucji organizmów. Gdyby to był początek i koniec jego teorii, nie znalazłby się w tylu podręcznikach! Oprócz tego pomysłu Darwin zaproponował także mechanizm ewolucji: dobór naturalny. Mechanizm ten był przemyślany, logiczny i wyjaśniał, w jaki sposób populacje mogą ewoluować (ulegać pochodzeniu z modyfikacją) w taki sposób, że z czasem lepiej dostosowują się do środowiska.
Koncepcja doboru naturalnego Darwina została oparta na kilku kluczowych spostrzeżeniach:
  • Cechy są często dziedziczne. W żywych organizmach wiele cech jest dziedzicznych lub inaczej przekazywanych z rodzica na potomstwo. (Darwin wiedział, że tak jest, chociaż nie wiedział, że cechy są dziedziczone poprzez geny).
  • Powstaje więcej potomstwa, niż jest w stanie przetrwać. Organizmy są w stanie wyprodukować więcej potomstwa, niż jest w stanie przeżyć w danym środowisku. W związku z tym w każdym pokoleniu występuje konkurencja o ograniczone zasoby.
  • Potomstwo różni się cechami dziedzicznymi. Potomstwo w każdym pokoleniu będzie nieznacznie różnić się od siebie cechami (kolorem, rozmiarem, kształtem itp.) i wiele z tych cech będzie dziedzicznych.
Na podstawie tych prostych obserwacji Darwin stwierdził, co następuje:
  • W populacji niektóre osobniki odziedziczą cechy, które pomogą im przetrwać i rozmnażać się (biorąc pod uwagę warunki otoczenia, takie jak drapieżniki i obecne źródła pożywienia). Osobniki o przydatnych cechach pozostawią więcej potomstwa w następnym pokoleniu niż ich rówieśnicy, ponieważ cechy te zwiększą ich skuteczność w przetrwaniu i rozmnażaniu.
  • Ponieważ przydatne cechy są dziedziczne, a organizmy o tych cechach pozostawią więcej potomstwa, będą one stawały się bardziej powszechne (obecne w większej części populacji) w następnym pokoleniu.
  • Przez pokolenia populacja zaadaptuje się do swojego środowiska (ponieważ osobniki o cechach przydatnych w tym środowisku będą miały konsekwentnie większy sukces reprodukcyjny niż ich rówieśnicy).
Model ewolucji Darwina poprzez dobór naturalny pozwolił mu wyjaśnić wzorce, które zaobserwował podczas swoich podróży. Na przykład, jeśli gatunki zięb z Galapagos miały wspólnego przodka, powinny dzielić pewne wspólne cechy (tak jak i zięby kontynentalne, które prawdopodobnie miały tego samego przodka). Gdyby grupy zięb były izolowane na osobnych wyspach przez wiele pokoleń, każda grupa byłaby jednak narażona na inne środowisko, w którym mogłyby być uprzywilejowane różne cechy dziedziczne, takie jak różne rozmiary i kształty dziobów do pobierania różnych źródeł pożywienia. Czynniki te mogłyby doprowadzić do powstania odrębnych gatunków na każdej wyspie.

Przykład: Jak może działać dobór naturalny

Aby uczynić dobór naturalny bardziej zrozumiałym, zastanówmy się nad uproszczonym, hipotetycznym przykładem. W tym przykładzie grupa myszy o dziedzicznej zmienności koloru futra (czerń kontra beż) właśnie przeniosła się do nowego obszaru, w którym skały są czarne. W tym środowisku bytują jastrzębie, które lubią polować na myszy i łatwiej dostrzegają myszy beżowe niż czarne na tle czarnych skał.
Ponieważ jastrzębie łatwiej dostrzegają i łapią beżowe myszy, stosunkowo duża część myszy o tym kolorze futra jest zjadana, podczas gdy myszy o czarnym kolorze futra jedzone są rzadziej. Jeśli spojrzymy na stosunek liczby myszy czarnych do beżowych, w grupie, która przeżyła („nie zjedzonej”), będzie ona wyższa niż w populacji początkowej.
_Schemat na podstawie podobnego w Reece et al. 4. Szkic jastrzębia z "Black and white line art drawing of Swainson hawk bird in flight," Kerris Paul (domena publiczna)._
Kolor futra jest cechą dziedziczną (którą można przekazać z rodzica na dziecko). Tak więc zwiększona frakcja czarnych myszy w grupie, która przeżyła, oznacza wzrost frakcji czarnych myszy w następnym pokoleniu. Po kilku pokoleniach selekcji populacja może składać się prawie wyłącznie z czarnych myszy. Ta zmiana dziedzicznych cech w populacji jest przykładem ewolucji.

Kluczowe punkty dotyczące doboru naturalnego

Kiedy po raz pierwszy uczyłem się o doborze naturalnym, miałem kilka pytań (i błędnych przekonań!) na temat jego działania. Oto wyjaśnienia niektórych potencjalnie mylących punktów, które mogą pomóc ci lepiej zrozumieć, w jaki sposób, kiedy i dlaczego ma miejsce dobór naturalny.

Dobór naturalny zależy od środowiska

Dobór naturalny nie sprzyja cechom, które są z natury lepsze. Zamiast tego faworyzuje cechy, które są korzystne (to znaczy pomagają organizmowi przetrwać i rozmnażać się skuteczniej niż jego rówieśnicy) w określonym środowisku. Cechy, które są pomocne w jednym środowisku, mogą w rzeczywistości być szkodliwe w innym.

Dobór naturalny działa na istniejącą zmienność dziedziczną

Dobór naturalny wymaga obecności pewnego mechanizmu, a ten mechanizm to zmienność dziedziczna. Aby dobór naturalny działał na cechę, musi już istnieć zmienność (różnice między poszczególnymi osobnikami) dla tej cechy. Ponadto różnice muszą być dziedziczne, określone przez geny organizmów.

Zmienność dziedziczna pochodzi z przypadkowych mutacji

Pierwotnym źródłem nowych wariantów genów, które wytwarzają nowe cechy dziedziczne, takie jak kolory futra, jest przypadkowa mutacja (zmiany w sekwencji DNA). Przypadkowe mutacje przekazywane potomstwu zwykle występują w rodowodzie linii gamet lub inaczej plemników, bądź komórek jajowych organizmów. Rozmnażanie płciowe „miesza i dopasowuje” warianty genów, aby uzyskać większą różnorodność.

Dobór naturalny i ewolucja gatunków

Cofnijmy się i zastanówmy, jak dobór naturalny wpasowuje się w szerszą wizję ewolucji Darwina, w której wszystkie żywe istoty mają wspólnego przodka i pochodzą od tego przodka w wielkim, rozgałęzionym drzewie. Co dzieje się w każdym z tych punktów odgałęzienia?
Na przykładzie zięb Darwina widzieliśmy, że grupy w jednej populacji mogą zostać odizolowane od siebie barierami geograficznymi, takimi jak wyspy otaczające ocean lub innymi mechanizmami. Po odizolowaniu grupy nie mogą się już krzyżować i są narażone na różne środowiska. W każdym środowisku dobór naturalny może faworyzować różne cechy (a inne siły ewolucyjne, takie jak losowy dryf genetyczny, mogą również działać osobno na grupy). Przez wiele pokoleń różnice w cechach dziedzicznych mogą się skumulować między grupami do tego stopnia, że zostaną one uznane za odrębne gatunki.
Opierając się na różnych liniach dowodów, naukowcy uważają, że ten rodzaj procesu powtarzał się wiele, wiele razy podczas historii życia na Ziemi. Ewolucja poprzez dobór naturalny i inne mechanizmy leżą u podstaw niesamowitej różnorodności współczesnych form życia, a działanie doboru naturalnego może wyjaśnić dopasowanie współczesnych organizmów do ich otoczenia.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.