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 →

Makroewolucja - wielkie skoki natury

Marnymi odkrywcami są ci, którzy sądzą, że nie ma lądu, ponieważ nie widzą nic prócz morza.
Francis Bacon

WSTĘP

Ciągłość zmian w otaczającym nas świecie to niezwykle ciekawy problem filozoficzny. Historia filozofii wskazuje na to, że dawniej dominowała filozofia ciągłości wszechrzeczy. Gottfried Leibniz - jeden z najwszechstronniejszych umysłów filozofii uważał, że między wszystkimi zjawiskami są łagodne przejścia i nie ma przeskoków. Wszystko daje ustawiać się w ciągłe szeregi. Bezruch to skraj ruchu, a nieświadomość - skraj świadomości.
Ten swoisty dogmat nosił nazwę prawa ciągłości (łac. lex continui) i najgłośniejszym jego wyrazem było zdanie wypowiedziane przez Karola Linneusza: "Natura nie czyni skoków".

Czy tak rzeczywiście jest? Cząstki elementarne i fizyka kwantowa odkryły przed nami nieciągłe, dyskretne stany w przyrodzie i zadały cios prawu ciągłości. Stan A w naszym świecie może różnić się o skończone wielkości od stanu B, bez stabilnego istnienia jakiegokolwiek stanu pośredniego między nimi.
A jak to jest w biologii ewolucyjnej? Załóżmy, że organizm reprezentuje dany stan. Ewolucja mówi nam, że organizmy z czasem przechodzą w inne. Nagłym skokiem czy nieskończenie drobnymi zmianami? Drobna zmiana jest na dobrą sprawę w biologii też skokiem, bo organizmy są względem zjawisk mikroświata niezmiernie duże i złożone. Powstaje więc inny problem: czy ten przeskok ewolucyjny jest dużym, jednorazowym "kwantem", czy składa się z wielu małych "kwantów".

Pogląd ewolucyjny, zwany gradualizmem, mówi o stopniowych, drobnych zmianach, które są po prostu bardziej prawdopodobne niż jednorazowe, duże reorganizacje w organizmach. O tych ostatnich mówi pogląd zwany saltacjonizmem, a małe ich prawdopodobieństwo nie oznacza, że są one wykluczone. Pojedyncza mutacja, powodująca wiele zmian fenotypowych, "zgranych" ze sobą, musi być jednak bardzo rzadka.

NIECIĄGŁE STANY RÓWNOWAGI

Amerykański paleontolog - Stephen Jay Gould i jego kolega - Niles Eldredge wysunęli w latach siedemdziesiątych XX wieku hipotezę nieciągłych stanów równowagi (ang. punctuated equilibria). Mówi ona, że w trakcie ewolucji świata ożywionego, stopniowe zmiany były rzadkie. Regułą natomiast pozostają szybkie i drastyczne zmiany, mające miejsce w małych populacjach. Zostały one utrwalone dzięki silnie zaznaczonemu dryfowi genetycznemu. Po zmianach następują długie okresy niezmienności cech. Hipoteza ta została przez nich poparta kopalnym materiałem dowodowym, w którym rzadko obserwuje się zmiany ciągłe, a często nagłe w geologicznej skali czasu, "przeskoki" w cechach organizmów kopalnych.
Hipoteza pozostaje jednak dyskusyjna i jest kwestionowana z dwóch przyczyn:
  • Nagłe pojawienie się przeskoków w cechach organizmów z danego przekroju geologicznego może oznaczać migrację obcej populacji na teren mało zmieniającego się gatunku.
  • Populacja migrująca (o wyraźnie zmienionych cechach) wcale nie musi być mała. Zmiany w dużej populacji mogły kumulować się stopniowo i utrwalać powoli, ale w innym "pionie czasowym".
Aby potwierdzić hipotezę nieciągłych stanów równowagi, musielibyśmy zbadać wszystkie możliwe przekroje geologiczne, a to jest niewykonalne.
Innymi słowy, nieciągłości w materiale kopalnym nie pozostają w sprzeczności z powolnymi, stopniowymi zmianami w dużych populacjach, jeśli weźmiemy pod uwagę migracje. Bo nie mamy pewności, że dysponujemy skamielinami z obszaru, gdzie dana cecha rzeczywiście zmieniała się, a samo prawdopodobieństwo natrafienia na taki pojedynczy obszar jest znikome.
Trzeba tu też nadmienić, że brak zmian w materiale kopalnym nie oznacza, że nie było zmian w materiale "miękkim". Istnieją przecież gatunki bliźniacze, które, mimo ogromnych podobieństw, są izolowane rozrodczo i różnią się na przykład białkami na powierzchniach komórek, dietą, śpiewem, ubarwieniem, rytuałami godowymi, itd.

OBIECUJĄCE POTWORY

W wyniku zmian makroewolucyjnych powstają organizmy, nazwane przez Richarda Goldsmitha "obiecującymi potworami" (ang. hopeful monsters). Zmiana makroewolucyjna, ze względu na swoją rewolucyjność, jest rzadka. To jasne. W misternym, skomplikowanym systemie genów łatwiej jest coś zdestabilizować, "zepsuć", niż drastycznie zmienić, ale w taki sposób, aby nadal działało.
Do zmian o charakterze makroewolucyjnym możemy zaliczyć powstanie nowego narządu, układu lub nawet nowego planu budowy (np. pierścienicy, owada, pajęczaka, kręgowca).
Prawie wszystkie typy budowy organizmów zwierzęcych powstały 540 mln lat temu, w kambrze. Miała wtedy miejsce tzw. eksplozja kambryjska, czyli szybka, pomyślna ewolucja bardzo zróżnicowanych planów budowy. Około 540 mln lat temu Ziemia musiała roić się od obiecujących potworów, a wybrane, kambryjskie typy budowy odniosły sukces i trwają do dziś. Jak było to możliwe?
Zmiana makroewolucyjna, ze względu na swoją rzadkość, musiała być początkowo noszona przez jednego osobnika. Musiał więc on przekazać swój materiał genetyczny, mimo swojej odmienności. Jakie miał możliwości? O tym w następnym podrozdziale.

TRUDNE POCZĄTKI

Załóżmy, że w wyniku rzadkiej, dominującej mutacji, powstaje obiecujący potwór. Jeśli jest on diploidalną hermafrodytą (obojnakiem), to może dokonać on samozapłodnienia. Odpowiednia mutacja znajdzie się w dwóch gametach (męskiej i żeńskiej) i przy ich zlaniu się powstanie osobnik mający już dwie kopie zmutowanego genu.
A co jeśli obiecujący potwór jest diploidalny i rozmnaża się płciowo?
Na początku jest on jeden i aby powstał gatunek obiecującego potwora (z dwiema makro-mutacjami w swoim materiale genetycznym), to początkowy okaz nie może być izolowany rozrodczo od zwykłych osobników. Różnica między nimi nie może być na tyle drastyczna, aby nie mogło dojść do zaplemnienia i zapłodnienia.
Załóżmy, że do tego doszło. Powstaje potomstwo, którego połowa również nosi mutację na jednym ze swoich chromosomów. Jeśli potomstwo nie rozpoznaje się lub pochodzi z różnych miotów, to może skrzyżować się ze sobą i utworzyć pierwszego pełnego osobnika obiecującego potwora - homozygotę pod względem rzadkiej mutacji. Mówi się, że te dwie mutacje w jednym osobniku są IBD - identyczne przez pochodzenie (ang. identical by descent) . Czyli tak naprawdę są one kopiami jednej mutacji, które przeszły przez organizmy dzieci, aby spotkać się w organizmie wnuka.

ibd

Widzimy więc, że gdyby nie krzyżowanie wsobne (blisko spokrewnionych organizmów), to homozygoty nie mogłyby powstać. Cały czas mielibyśmy heterozygoty z jedną makro-mutacją, czyli pół-obiecujące potwory.

STADIA POŚREDNIE

Trudno sobie wyobrazić, aby takie struktury jak: oko, ptasie lub owadzie skrzydło, echolokacja nietoperza, itp., powstały nagle, w wyniku jednej mutacji, choć nie można całkowicie tego wykluczyć.
Prawdopodobieństwo pojedynczego skoku jest tak znikome, że zazwyczaj poszukuje się stadiów pośrednich, tzw. preadaptacji. Nie muszą one pełnić tych samych funkcji, co stadium końcowe. Ale dostosowawczość każdej preadaptacji trzeba wskazać, bo gdyby takowa nie istniała, to stan końcowy nie zostałby osiągnięty.
Przykładowo: prymitywne skrzydła ptasie mogły początkowo służyć do biernego szybowania lub do pomagania sobie w biegu. Pierwsze skrzydła owadzie mogły być rozpościerane biernie jak żagle i mogły wykorzystywać podmuchy wiatru do przemieszczania owada. Oko nie musiało od samego początku widzieć dokładnie i ostro. Mogło najpierw służyć do odróżniania światła od ciemności. I tak dalej.
Na dobrą sprawę, mówimy tutaj nadal o "przeskokach", ale mniejszych, czyli takich, które sprawiają, że ewolucja obiecującego potwora nie musi graniczyć z cudem.

ZAKOŃCZENIE

Przeciwnicy teorii ewolucji, jako dowód na nieistnienie tego procesu, mają zwyczaj wskazywać skomplikowane struktury organizmów, które przecież nie mogły powstać od razu. Teraz już wiemy, że mogą one powstawać stopniowo albo poprzez preadaptacje, które ewolucjoniści znajdują i znajdować będą.
Trudności teorii ewolucji nie są dowodem na nieistnienie tego procesu w przyrodzie, podobnie jak brak teorii myślenia nie oznacza, że nie myślimy.
Nikt nie przedstawił dowodu na niemożliwość procesu ewolucji biologicznej, więc nie można jej zanegować. Jest ona jednak ciągle w fazie rozwoju i trzeba dopiero poczekać na rozwiązanie przez nią wielu trudnych problemów.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

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