Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: BIOLOGIA TEORETYCZNA →

Filozofia teorii ewolucji

Połowy dokonał, kto zaczął.
Horacy

Wszystko się zmienia z wyjątkiem samego prawa zmiany.
Heraklit z Efezu

WSTĘP

Moja kotka – Puśka, kiedy „atakuję” ją ręką podczas zabawy, usiłuje schować swoją głowę, a łapę uzbrojoną w wysunięte pazury trzyma wyciągniętą w moim kierunku. Czy elementy jej budowy: ostre kły i pazury, a także jej zachowania: chowanie głowy, są przypadkowe czy mają charakter dostosowawczy?
Puśka jest drapieżnikiem, podobnie jak zwierzęta należące do innych rodzin: wilki, niedźwiedzie, łasice, łasze, szopy i hieny. Kły i pazury służą prawie im wszystkim do chwytania, uśmiercania i rozszarpywania ofiary, która stanowi posiłek niezbędny do utrzymania się przy życiu. Chowanie głowy jest natomiast sposobem na ochronę mózgu przed ewentualnymi urazami doznanymi w walce. Koty, które podczas walki nie chroniły najistotniejszego narządu, nie przetrwały. Skąd wiemy jednak, że mózg jest najważniejszy?
Właśnie proste rozważanie ewolucyjne pozwala nam upewnić się, że tak właśnie jest. Wyobraźmy sobie, że na początku jest wiele klas kotów, z których każda chroniła jakiś inny narząd (lub nie chroniła żadnego). Teraz obserwujemy już tylko ochronę mózgu, więc koty z tej klasy musiały najczęściej przeżywać w walkach, pomimo braku ochrony innych narządów. Najwyraźniej to urazy mózgu powodowały najpoważniejsze konsekwencje, co pozwala wnioskować, że jest to narząd, który przede wszystkim trzeba chronić. Tak więc wszystkie koty, które zachowywały się podczas walk tak, jakby o tym wiedziały, odniosły sukces ewolucyjny i teraz możemy obserwować ich potomków też chowających głowy. Oto klarowny przykład jak „przypadkowa, mądra cecha”, dająca pewnym kotom przewagę nad innymi, zapewniła sobie trwanie.
Tak więc zachowanie mojej kocicy wyjaśnia teoria ewolucji i na jej tle staje się ono zrozumiałe.

* * *

O ewolucji biologicznej słyszał zapewne niejeden Czytelnik nie będący z zawodu biologiem. Zapytany o nią prawdopodobnie odpowiedziałby skrótowym hasłem: „Chodzi o to, że przeżywa najlepiej dostosowany”. Zdanie to wskazuje na podstawowy mechanizm wyjaśniający dlaczego obserwowane cechy organizmów nie mają charakteru przypadkowego, dowolnego, lecz właśnie dostosowawczy. Do czasu upowszechnienia się teorii ewolucji Darwina znakomite dostosowanie organizmów do środowiska tłumaczono ich celową ewolucją, aż tu pewnego dnia zjawił się skromny naukowiec, który śmiał twierdzić, że procesy ewolucyjne nie są celowe, a powstające w ich wyniku struktury cechuje celowość tylko dlatego, że te pozbawione tej cechy nie potrafiły przetrwać. Nauka przyznała Darwinowi rację.
Co ciekawe, określenie „ewolucja” nie pochodzi wcale od twórcy jej teorii, lecz od współczesnego mu filozofa Herberta Spencera.
Znamy już więc działanie podstawowego mechanizmu. Obserwujemy organizmy dobrze dostosowane do swoich środowisk, bo tylko takie nie wyginęły w toku ewolucji. I na tym właściwie moglibyśmy zakończyć wykład istoty tej teorii. Chcąc jednak pójść dalej, zapytajmy: co to znaczy być najlepiej dostosowanym? Jakie strategie zapewniają przetrwanie? Odpowiedzi na te właśnie pytania odsłaniają przed nami niesłychaną różnorodność organizmów żywych. Nie wystarczy zadowolić się stwierdzeniem: był najlepszy, bo przerwał. Wart przypatrzyć się temu jak był najlepszy? Dlaczego przetrwał? Teraz zagadnienie ewolucji zamienia się w temat – rzekę.
Zacznijmy więc naszą podróż i przenieśmy się na Sycylię, w czasy gdy była ona jeszcze grecką kolonią. W leżącym tam mieście – Akragas żył w V w p.n.e. człowiek o imieniu Empedokles. Czym się wsławił? Między innymi tym, że sformułował pierwszą teorię ewolucji. W swoim dziele „O naturze” pisze on: „części ciała połączyły się jak przypadek zdarzył”, a dalej: „wiele przypadkowych układów, np. oczy bez twarzy, głowy bez szyi i tułowia, postacie ludzkie z głowami wołów nie zachowały się”. Widzimy tutaj ciekawe rzeczy. Tezę o zmienności przypadkowej i o zachowaniu się lepiej „zgranych” połączeń. Właśnie te tezy stanowiły istotę teorii darwinowskiej, która wstrząsnęła światem nowożytnym 2300 lat później. Oczywiście pomysł z łączeniem głowy wołu z ludzkim ciałem może wydawać nam się dzisiaj nieco pokraczny. Nie zapominajmy jednak, że tak dawno temu starożytni, których jedynym narzędziem rozumienia świata było siedzenie, obserwowanie i myślenie, nie mieli zielonego pojęcia o skomplikowanych, genetycznych mechanizmach rozwoju organizmów.
Oczywiście w żaden sposób nie obniżamy tutaj osiągnięcia Darwina. Teoria jego poparta była rzetelnym zbadaniem materiału biologicznego, była pełna i dobrze przemyślana. Wzmiankę o Empedoklesie możemy traktować raczej jako ciekawostkę. Był on właściwie nie tyle pierwszym, który sformułował teorię ewolucji, lecz pierwszym który trafił w jej istotę.
Nie jest to zresztą odosobniony przypadek. Nasz wielki rodak – Mikołaj Kopernik uchodzi za twórcę systemu heliocentrycznego, choć okazuje się, że już w starożytności niejaki Arystarch z Samosu twierdził, że Ziemia obraca się dookoła Słońca. Nie obawiajmy się jednak. Kopernik nie znał dzieł Arystarcha.

BLASKI I CIENIE TEORII EWOLUCJI

Pierwsza nowożytna teoria ewolucji, której podstawowe założenia przetrwały do dzisiaj, została sformułowana w 1859 roku. Dokonał tego wielki człowiek i uczony Karol Darwin w swoim najważniejszym dziele zatytułowanym „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego czyli przeżywania form najlepiej przystosowanych w walce o byt”.
Poglądy Darwina krystalizowały się również w ewolucyjny sposób. Podczas podróży na statku „Beagle” dokonał wielu ciekawych obserwacji. Na przykład w Argentynie uczestniczył w odkryciu szczątków kopalnego zwierzęcia, które nie było identyczne z żadnym ze znanych wtedy organizmów żywych na Ziemi. Na wyspach Galapagos przykuły jego uwagę rozmaite gatunki zięb różniących się między sobą głównie budową dzioba, która wydawała się zawsze być znakomicie dostosowana do rodzaju spożywanego przez ptaka pokarmu. Wreszcie ogromne wrażenie wywarła na Darwinie opublikowana w 1838 roku praca T.R. Malthusa zwracająca uwagę na problem przeludnienia zagrażającego ludzkości. Malthus wskazał w niej, że liczba ludności rośnie w tempie geometrycznym i wcześniej czy później wzrost ten zostanie zahamowany, gdy zabraknie środków do utrzymania wszystkich ludzi.
Darwin przeniósł te rozważania na świat przyrody. Tam również zasoby pokarmowe są ograniczone. One ograniczają zaś niepohamowany geometryczny wzrost liczebności populacji każdego gatunku. To naprowadziło Darwina na ideę walki o byt. Skoro zasoby są limitowane, to przeżywają tylko te osobniki, które potrafią je zdobyć. Czyli niektóre organizmy są lepiej dostosowane, inne gorzej. Wskazuje to na istnienie różnic między nimi, które ogólnie ujmujemy pojęciem zmienności cech. Według Darwina zmienność ta jest bezkierunkowa, co znaczy, że możliwe jest występowanie cech zarówno korzystnych jak i szkodliwych. Przez sito selekcji naturalnej przejdą (przeżyją) jednak tylko osobniki z cechami korzystnymi, które zostaną przekazane potomstwu czyli odziedziczone. Oto główne idee składające się na teorię ewolucji, którą zawdzięczamy Darwinowi.
Aktualnie przyjmowane prawa ewolucji dostarczają zdumiewająco prostych i niebanalnych odpowiedzi na pytania :

1. Jakie ogólnie były mechanizmy, które sprawiły, że w przyrodzie występuje różnorodność żywych form materii o odmiennej organizacji ?
2. W jaki sposób ich budowa gwarantuje im zachowanie cechy specyficznej - umiejętności trwania w konkretnym środowisku ?

Niemniej jednak pytania :

3. Jak dokładnie przebiegała i jak przebiegać będzie ewolucja naszej biosfery ?
4. Jak konkretnie mogłyby wyglądać rozwiązania alternatywne wobec tych, które prezentują współcześni i wymarli przedstawiciele ziemskiej flory i fauny ?

pozostają bez zadowalających odpowiedzi.

Tak, to się nazywa mieć trudności z retrognozą, czyli odtwarzaniem przeszłości, nie mówiąc już o prognozie - przewidywaniu przyszłości. Teoria ewolucji daje bowiem tylko ogólne przewidywania oraz ogólne tło do wyjaśniania zjawisk.
Trudności te zapewne nie skazują ewolucjonizmu na nieodwołalne wygnanie z raju teorii naukowych. Wskazują one tylko na zrozumiały fakt, że ścisłe przewidywania – ten ideał fizyki, to tylko marzenie dla teorii wysokiego poziomu złożoności. W dalszej części artykułu omówimy dokładniej dlaczego tak jest.
Przenieśmy się teraz do Austrii. U schyłku upływającego wieku, za gwiazdę pierwszej wielkości na firmamencie metodologii nauki uchodzi Sir Karl Popper. W latach trzydziestych - członek słynnego Koła Wiedeńskiego; środowiska neopozytywistów -zwolenników rygorystycznego oczyszczania nauki z - ich zdaniem - paraliżujących i zaśmiecających ją wtrętów pseudofilozoficznych. Program tego koła Popper z czasem modyfikował, by ostatecznie zacząć nawoływać uczonych do prześcigania się w tworzeniu konkurencyjnych, maksymalnie ekstrawaganckich teorii czy hipotez. W ich ciągłym wysuwaniu i obalaniu zaczął Popper upatrywać istotę nauki i gwarancję jej postępu. Stanowi to istotę stworzonego przez niego falsyfikacjonizmu, według którego nigdy nie możemy być pewni czy teoria jest prawdziwa. Możemy tylko testować ją za pomocą faktów doświadczalnych, a im większa liczba z nich nie będzie jej przeczyć, tym bardziej prawdopodobna jest jej prawdziwość.
Choć za wzorzec naukowości Popper miał fizykę, zajmował się też biologią ewolucyjną wielokrotnie mierząc się z jej specyfiką. Odmówił on ewolucjonizmowi uprawnień typowych teorii, ze względu na niepowtarzalność zjawisk ewolucyjnych i związaną z nią niemożność doświadczalnego ich odtworzenia. Tylko doświadczenie może, jego zdaniem, dopiero sfalsyfikować „teorię ewolucji ”, czyli sprawdzić czy nie daje błędnych przewidywań, niezgodnych z wynikami otrzymanymi właśnie doświadczalnie.

Zanim więc przed ewolucjonizmem zamkną się bramy raju postarajmy się opuścić Austrię i przenieść się do XVIII - wiecznej Francji.
Jest to czas i miejsce, w którym działał słynny matematyk – P.S. Laplace obdarzony tytułem książęcym za całokształt działalności, ukoronowanej pięciotomową „Mechaniką niebios”. Laplace był typowym redukcjonistą. Chciał sprowadzić matematycznie biologię do chemii i razem z tą ostatnią do fizyki.
Przy redukcji ewolucjonizmu muszą pojawić się jednak ogromne kłopoty, które są naturalne i nieuniknione. Biosfera - czyli ogół organizmów żywych Ziemi - to przecież struktura niezmiernie złożona. Przewidywanie dalszego przebiegu jej ewolucji nie mogłoby się obejść bez symulacji komputerowej. Ta jednak wymagałaby znajomości warunków początkowych, czyli ustalenia wartości wszystkich niezależnych parametrów charakteryzujących w pełni biosferę (co stanowiłoby dane dla komputera). Jak wybrać te parametry? Jak doświadczalnie uzyskać ich wartości?
Na dobrą sprawę - potrzebowalibyśmy informacji o położeniach i pędach wszystkich atomów Ziemi oraz bombardujących ją cząstek i ciał pozaziemskich, gdyż wszystko na Ziemi a także to, co na nią spada może mieć wpływ na organizmy żywe. Przyjmijmy, że pomiar dla każdego atomu i cząsteczki byłby możliwy (co jest już niemałą fantazją), a także, że wprowadzenie tego ogromu danych do komputera jest wykonalne. Istnieje jednak kwantowa zasada oznaczoności, która mówi nam, że nie jesteśmy w stanie wyznaczyć naraz dokładnych wartości położenia i pędu. Możemy uzyskać albo jedno albo drugie. A my przecież potrzebowalibyśmy jedną i drugą wartość. Poza tym musi pojawić się problem z dokładnością, z jaką chcemy wyznaczać każdą wartość, bo każdy pomiar będzie obarczony błędem!

Dlaczego jednak niepełność danych i błędy pomiarowe tak nas niepokoją? Otóż dlatego, że musimy liczyć się z wnioskami wypływającymi z teorii chaosu - rewelacji naukowej lat osiemdziesiątych XX wieku. Ta zaś uczy, że ewolucja pozornie bardzo podobnych systemów o zbliżonych warunkach początkowych może przebiegać skrajnie rozbieżnie. Czyli różnica wartości warunków początkowych (nawet drobna) - np. właśnie ta spowodowana błędem pomiaru - oznacza zupełnie inną ewolucję i co za tym idzie - kompletne fiasko symulacji. Jest to tzw. efekt motyla. Naukowcy zajmujący się teorią chaosu obrazują ten efekt za pomocą zdania : „The flap of a butterfly wing in Tokio may cause storm in New York” (Gdy motyl w Tokio machnie skrzydłem, może to wywołać burzę w Nowym Yorku). Jak to rozumieć ?
Chodzi o to, że w tak złożonym układzie jakim jest atmosfera ziemska, drobna zmiana ciśnienia wywołana przez ruch skrzydłem może zostać wzmocniona i mieć swoje konsekwencje w postaci widocznego gołym okiem zjawiska, np.: burzy nawet w bardzo odległym miejscu. Wynika z tego również fakt, że brak tej drobnej różnicy ciśnień powodowałby zupełnie inny rozkład i gęstość chmur w tym czasie nad Nowym Yorkiem i w konsekwencji brak burzy. Machnięcie skrzydłem przez motyla symbolizuje więc taką drobną zmianę w warunkach początkowych, mogącą z czasem bardzo wyraźnie odbić się na ewolucji układu.

W tym świetle wygląda na to, że ewolucji biosfery szczegółowo przewidzieć się nie da. I to nie dlatego, że niewłaściwie rozpoznaliśmy ogólne prawa ewolucji, lecz przede wszystkim wobec nieprzezwyciężalnych trudności z danymi - ich zgromadzeniem i przetworzeniem.
Spróbujmy jednak spojrzeć na powyższe kwestie w sposób bardziej zdroworozsądkowy. W latach pięćdziesiątych fizyk teoretyk - prof. I. Werle sformułował tzw. ideał 6P teorii naukowej. Zgodnie z jego duchem - żądamy od teorii naukowej żeby była: piękna, pełna, praktyczna, prawdziwa, płodna i prosta. Gdy spełnia wszystkie powyższe wymagania - jest maksymalnie pociągająca. I nauka i życie nieustannie zmuszają do odstępowania od surowości naszych marzeń, choć wysiłki mające na celu zbliżanie się do ideału są na pewno godne pochwały. Do teorii naukowych jako niedoskonałych, ludzkich wytworów dobrze jest podejść z niezbędnym liberalizmem, a wtedy ideał 6P pozwoli nam cieszyć się nimi lub martwić na tyle, na ile odzwierciedlają one zawarte w ideale oczekiwania. A przede wszystkim - posługiwać się nimi ze stosowną dozą zaufania. Możemy zatem powiedzieć - trochę złośliwie - że ideał powyższy warto uzupełnić o siódmy składnik: powinna istnieć.
Z tego punktu widzenia można bronić przekonania, że ewolucjonizm jest całkiem niezłą teorią, chodź daleko jej do tego, o czym marzymy.

Jeśli powyższe rozważania wpędziły jakichś naukowców w zły nastrój, to zapewne jedynie naukowców - idealistów. Społeczeństwom, w którym przyszło im żyć wystarczają z reguły ogólne przewidywania jakościowe. Np.: gdy wpuścimy do jeziora związki kadmu, na pewno zmniejszymy sukces ewolucyjny wszystkich żyjących tam jeszcze gatunków lub gdy dokonamy introdukcji organizmu do nowego środowiska, w którym nie ewoluował wraz z innymi gatunkami, polepszymy jego warunki życiowe. Ze względu na brak naturalnych wrogów będzie on tam - przynajmniej przez pewien czas - odnosił sukces ewolucyjny, objawiający się wzrostem liczebności jego populacji. I tym podobne.
Wróćmy teraz do samej ewolucji. Jedno z zadanych wcześniej pytań napomyka o trwaniu organizmów. Nie jest to jednak sformułowanie ścisłe. Organizm należący do populacji rozmnażającej się płciowo (a takich jest większość) jest unikalny, niepowtarzalny. Trudno więc oceniać sukces ewolucyjny osobnika, mierząc jego długość życia i porównując ją z długością życia innych osobników.
Zresztą, pod względem średniej długości życia osobników poszczególne gatunki różnią się znacznie od siebie, co wcale nie znaczy, że jeden radzi sobie gorzej od innego. Po prostu u gatunku, u którego średni czas życia osobnika jest krótszy obserwujemy większą liczbę pokoleń w jednostce czasu. Ale w obydwu przypadkach obserwujemy trwanie w czasie, a to jest najważniejsze. Nie ma więc korelacji: średnia długość życia a sukces ewolucyjny osobnika. Co więc się liczy? Z pewnością mnogość wydanego potomstwa. Jego liczba stanowi dobrą miarę przystosowania osobnika do środowiska i jego sukcesu ewolucyjnego.
Jeśli jednak rozmnaża się on płciowo, jego potomstwo nie będzie jego dokładną kopią. To, co po nim zostaje, to kopie mieszanin połowy jego genów uwspólnione z genami partnera płciowego. Może więc to gen jest niezmiennikiem ewolucji? Jest trwającą w czasie, niejednorazową, powtarzalną ze względu na możliwość swej replikacji jednostką ewolucyjną? Może organizm matki jest tylko doraźną osłoną genu w jego podróży np. z organizmu babki do organizmu któregoś z jej wnuków? Takie spojrzenie na ewolucję od strony genu podał w 1976 r. Richard Dawkins.
Chcę jednak podkreślić, że to tylko nowe spojrzenie na ewolucję genetyczną. Nie ma przesłanek by mówić o nowej teorii czy o „ dawkinsizmie ” jako o nowym poglądzie filozoficznym. Jest to spojrzenie głębsze i otwierające największe jak na razie możliwości wyjaśniania obserwowanych faktów. Jest więc - od dotychczasowych - spojrzeniem bardziej płodnym poznawczo.

ZAKOŃCZENIE

W ewolucji trwa to, co ma sposób na trwanie. Istnieją też nietrwałe efemerydy, jak np. kamień w potoku, które są unikalne i małe jest prawdopodobieństwo ich obserwacji. Nie wydają przecież potomstwa i są jedyne – zagubione w gąszczu innych efemeryd. To organizmy biologiczne, mające instynkt samozachowawczy i potrafiące się rozmnażać, a ściślej – ich geny, potrafią trwać tysiącami lat. Niewątpliwie, dzięki temu prawdopodobieństwo ich obserwacji przez nas jest większe. Bo możemy zaobserwować gen istniejący tysiąc lat temu, a kamień sprzed tysiąca lat już się skruszył. Dla nas, dla obserwatorów, organizmy żywe nie muszą być przyjazne, ładne ani użyteczne. Zdecydowanie nie muszą, jeśli mimo to – trwają. Takie są fakty.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski