Życie i jego ewolucja

Andrzej Łukasik

Zakład Ontologii i Teorii Poznania

Instytut Filozofii UMCS

http://bacon.umcs.lublin.pl/~lukasik

www.filozofia.umcs.lublin.pl

Podstawowe zagadnienia



Istota i definicja życia



Pochodzenie życia



Materia ożywiona a nieożywiona



Natura życia



Biologiczna ewolucja życia

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Cechy organizmów żywych



Budulcem organizmów żywych jest materii nieożywiona, odpowiednio zorganizowana – zdolna do

samoregulacji i rozwoju



Dla życia niezbędna jest wymiana energii z otoczeniem



Metabolizm – przemiany o charakterze chemicznym zużywające energię z otoczenia, pozwalające utrzymać

wyższy poziom uporządkowania (niższą entropię) niż otoczenie



Proces rozmnażania – powstają organizmy niemal identyczne z tym, który przekazuje im życie



Reakcja na bodźce z otoczenia, ruch, wzrost masy i rozmiarów ciała, rozwój (wzrost złożoności) organizmu,

rozród, mechanizm dziedziczenia (przekazywanie informacji genetycznej), ewolucja

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Definicja życia (jedna z wielu)

„Życie jest ciągłym i postępowym procesem organizowania się całościowych, hierarchicznie zorganizowanych

systemów względnie odosobnionych, obdarzonych zdolnością do samozachowania się, przebudowywania w czasie

zgodnie z własną informacją gatunkową, do rozwoju osobniczego i rodowego, rozmnażania i przystosowania się do

otoczenia”

(S. Ślaga, zagadnienia filozoficzne współczesnej nauki, s. 323)

Problem: brak ścisłego kryterium rozróżnienia ożywione/nieożywione

Np. wirusy – „pogranicze życia” (rozmnażanie się ale brak przemiany materii)

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Mechanicyzm - witalizm

Czy fenomen życia całkowicie można wyjaśnić na podstawie praw fizyki i chemii, czy należy odwołać się do czynników

pozafizycznych?

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Mechanicyzm

Witalizm

Redukcja wszystkich zjawisk do fizycznych

Antyredukcjonizm: istnieje niematerialna

siła życiowa (vis vitalis), stanowiąca istotę

życia

Redukcja teorii fizycznych do mechaniki

Opis mechaniczny nie wystarcza do

uchwycenia istoty życia

Atomizm grecki, Kartezjusz, La Mettrie

Arystoteles (forma substancjalna jako

dusza ciała), Platon, neotomizm, H. Driesch

– entelechia jako niematerialny pierwiastek

Komórka, gen jako „elementarna jednostka

życia”
! Upadek filozofii mechanicyzmu

! Neguje naturalizm metodologiczny,

niemożliwość empirycznej weryfikacji

Redukcjonizm – antyredukcjonizm

Współczesna postać sporu o naturę życia (płaszczyzna metodologiczna)

Pytanie o status metodologiczny i autonomię biologii jako nauki o życiu

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Redukcjonizm

Antyredukcjonizm

Redukcja biologii do fizyki i chemii

Autonomia biologii

F. Crick, J. Watson – założenie możliwości fizyko-

chemicznego wyjaśnienia życia

 Wyjaśnienie procesów życiowych przez

czynniki fizyczne i chemiczne

 Sprowadzenie pojęć i praw biologicznych do

fizycznych i chemicznych

W. E. Ritter – holistyczny i teleolonomiczny

charakter orgamizmu (organizmalizm)

Nieredukowalność organizmu do „sumy części”

Sukcesy genetyki – odczytanie DNA, wyjaśnienie

mechanizmu dziedziczenia, metody analityczne

L. Von Bertallanfy – teoria systemów: kategorie

złożoności, uporządkowania, wewnętrznej

dynamiki, termodynamika nieliniowa

Emergentyzm

Zjawisko jest emergentne, jeśli nie da się opisać analizując jedynie części składowe, w wyniku

oddziaływania między elementami pojawiają się jakościowo nowe formy organizacji (układy

nieliniowe)

Pochodzenie życia



Kreacjonizm – życie pochodzi bezpośrednio od Boga



Samorództwo – proste formy życia powstają bezpośrednio z materii nieorganicznej (Arystoteles, Paracelsus)



Panwitalizm – życie jest odwieczne (Le Roy, Teilhard de Chardin)



Kosmozoidy – życie przywędrowało na Ziemią z kosmosu (H. Richter, XIX w., radiospermia – S. Arrhenius, XX w., F. Hoyle –

panspermia kometarna, panspermia kierowana – F. Crick, L. Orgel)



Abiogeneza – życie powstało z materii nieożywionej (współczesna przyrodnicza teoria genezy życia)

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Przyrodnicza teoria genezy życia (abiogeneza)

Podstawa: biologia, biochemia, genetyka, biologia, astronomia, paleontologia,

Początek: Wielki Wybuch ok. 13,8 mld lat temu

Ewolucja chemiczna – tuż po Wielkim Wybuchu powstają hadrony, leptonu i jądra lekkich pierwiastków (H, He), cięższe

pierwiastki powstają we wnętrzach gwiazd

Tworzą się proste związki chemiczne (CO2, CH4, NH3 – w pyłowo-gazowych skupiskach w pobliżu gorących gwiazd, z których

powstały planety)

Ewolucja biochemiczna – z tlenków, soli, kwasów powstają proste organiczne związki węgla (wchodzą w skład każdego

organizmu żywego), powstanie pierwszych aminokwasów (podstawowy budulec białek), rola wyładowań atmosferycznych w

syntezie aminokwasów, powstanie białek zdolnych do reprodukcji kwasów nukleinowych (DNA)

Ewolucja biologiczna – powstanie pierwszych mikroorganizmów zdolnych do przemiany materii i rozmnażania się („pierwotna

zupa” – bakterie, produkcja tlenu, życie „wyszło na ląd po ok 3 miliardach lat)

www.umcs.filozofia.lublin.pl

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Czas

(mln lat

temu)

Wydarzenie

„Data”

4 600

Powstanie Ziemi

1 stycznia

3 800

Najstarsze skały na Ziemi

5 marca

3 800-3 600

Powstanie życia

5-21 marca

3 600

Zaawansowane organizmy jednokomórkowe

21 marca

2 000

Pojawienie się w atmosferze znaczących ilości tlenu

26 lipca

650

Wielokomórkowe organizmy w oceanach

10 listopada

590

440

250

65

0,1

0,005

Złożone organizmy roślinne i zwierzęce w oceanach

Życie przenosi się na ląd

Pojawienie się dinozaurów

Zniknięcie dinozaurów, początek dominacji ssaków

Pierwszy człowiek rozumny

Początek historii pisanej

14 listopada

21 listopada

12 grudnia

26 grudnia

31 grudnia, 23”49

31 grudnia, 23:59

Ewolucja jako fakt i jako teoria

Ewolucja jest faktem – naukowo stwierdzony proces zmienności gatunków

Teorie ewolucji – teorie naukowe wyjaśniające zmienność gatunków

Uwaga: fałszywość określonej teorii ewolucji nie zaprzecza faktowi ewolucji (np. to, że istnieją różne teorie

grawitacji – Newtona, Einsteina… nie zaprzecza faktowi grawitacji – ciała spadają na Ziemię – niektóre teorie np.

Arystotelesa okazały się fałszywe, ale grawitacja jest faktem)

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Przesłanki i cele teorii ewolucji

Przesłanki:



Podobieństwa budowy organizmów żywych jako wyraz ich wspólnego pochodzenia (pokrewieństwa

ewolucyjnego)



Bardziej złożone gatunki rozwijają się z form prostszych



Obecnie istniejące gatunki nie istniały uprzednio albo istniały w innej postaci



W szeregu pokoleń mogą pojawić się nowe cechy dziedziczne

Cele – teoria ewolucji powinna wyjaśnić:



Zmienność organizmów jako proces historyczny



Uszeregować fazy rozwojowe roślin i zwierząt (dane paleontologiczne)



Zidentyfikować prawa rządzące zmiennością gatunków i sformułować teorie wyjaśniające tę zmienność

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Charakterystyka procesów ewolucyjnych



Ewolucji podlegają populacje (zespół organizmów danego gatunku, żyjących w tym samym środowisku,

zdolnych do rozmnażania się i wpływania na pozostałą część populacji)



Ewolucja jest niepowtarzalna i nieodwracalna



Procesy ewolucyjne są uwarunkowane działaniem doboru naturalnego (przystosowanie się gatunków do

środowiska naturalnego)



Postęp ewolucyjny – zmiany fizjologiczne, zdolność do opanowania środowiska, zwiększenie liczby potomstwa



Ewolucja to proces ciągły i stopniowy, dokonuje się ze zmienną szybkością

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Lamarkizm

Jean-Baptiste de Lamarck, Filozofia zoologiczna, 1809

Teoria spekulatywna, niepoparta badaniami empirycznymi



Środowisko wymusza zmiany potrzeb organizmów, co prowadzi do zmian w zachowaniu, skutkuje to zmianą

ukształtowania narządów i całych organizmów



Prawo używania i nieużywania narządów: narządy często używane wzmacniają się, narządy nieużywane

zanikają



Prawo dziedziczenia cech nabytych: cechy nabyte przez obojga rodziców w rozwoju osobniczym są

przekazywane potomstwu



Mechanizmem rozwoju lub zaniku narządów oraz dziedziczeniem cech nabytych staruje wewnętrzna aktywna

dążność organizmów do zmian

Uwagi: genetyka dowodzi, że teza o dziedziczeni cech nabytych nie jest słuszna

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Darwinizm

Karol Darwin, O powstawaniu gatunków, 1859

Teoria oparta na badaniach i obserwacjach przyrody (pięcioletnia podróż dookoła świata, 1831-1836)

Obserwacja świata przyrody prowadzi do następujących wniosków



Bezkierunkowa, powszechna zmienność wszystkich organizmów – osobniki tego samego gatunku nie są

identyczne, różnią się wieloma cechami



Stała nadprodukcja osobników – rodzi się wiele osobników, przeżywają tylko niektóre (znaczna część

organizmów umiera – istnieją w przyrodzie mechanizmy selekcji)



Na danym terenie liczba osobników i gatunków jest w przybliżeniu taka sama

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Mechanizmy ewolucji:



Walka o byt: ciągła rywalizacja o ograniczone zasoby środowiska



Dobór naturalny: przeżywają osobniki najlepiej przystosowane do warunków życia w określonym środowisku

Walka o byt i dobór naturalny decydują, że kolejnym pokoleniom przekazywane są cechy najlepiej

przystosowanych osobników.

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Genetyka

Nauka o dziedziczności – w jaki sposób cechy rodziców są dziedziczone przez potomstwo (początki – Georg Mendel

1856 – doświadczenia polegające na krzyżowaniu różnych odmian grochu)

Gen – podstawowa jednostka dziedziczenia, nośnik informacji biologicznej przekazywanej potomstwu (wzrost,

kolor oczu, kolor skóry…)

Genotyp – zestaw wszystkich genów danego organizmu

Fenotyp – zestaw wszystkich cech określanych przez geny

DNA – kwas dezoksyrybonukleinowy, nośnik informacji genetycznej, zbudowany z powtarzających się prostych

elementów (nukleotydów); sekwencja nukleotydów decyduje o niepowtarzalności kodu genetycznego

Chromosomy – zawierają cały materiał genetyczny

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Mutacja – (kluczowe pojęcie współczesnej genetyki i syntetycznej teorii ewolucji) – nagła, skokowa zmiana w

materiale genetycznym (DNA) organizmu. Przypadkowa zmiana powodowana przez czynniki zewnętrzne

(mutageny – np. promieniowanie)

Podział mutacji ze względu na wywołane skutki:



Korzystne



Obojętne



Niekorzystne



Letalne (śmiertelne)

Podział mutacji ze względu na mechanizm powstawania:



Genowe (zmiana sekwencji nukleotydów w kodzie DNA określonego genu)



Chromosomowe (zmiana struktury określonego chromosomu)



Genomowe (zmiana liczby chromosomów)

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Rekombinacja – proces w wyniku którego następuje wymiana materiału genetycznego (podczas podziału lub

losowego łączenia się komórek płciowych)

Transfer genów – geny pochodzące z jednego organizmu są sołączane do genów innego organizmu

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Podstawowe tezy współczesnej teorii ewolucji:



Dziedziczenie cech dokonuje się zgodnie z zasadami genetyki



Proces dziedziczenia nie jest absolutnie dokładny – dlatego dokonuje się ewolucja; organizmy podlegają

zmianom



Zmienność organizmów dokonuje się przez mutacje, rekombinacje i transfer genów



Selekcja wynika z ograniczonych zasobów środowiska (mechanizm doboru naturalnego)



Dobór naturalny eliminuje mutanty o skrajnych o skrajnych cechach (czynnik stabilizujący)



Dobór naturalny – przeżywają i wydają potomstwo osobniki lepiej przystosowane do danych warunków

środowiska – w populacji utrwalają się cechy tych osobników

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Mechanizmy ewolucji

[syntetyczna teoria ewolucji łączy osiągnięcia genetyki, innych nauk biologicznych z teorią Darwina]

Zmienność genetyczna

-

Mutacje

-

Rekombinacje

-

Transfer genów

Dobór naturalny

-

Kierunkowy (przesunięcie części genów w określonym kierunku)

-

Stabilizujący (eliminacja mutantów o skrajnych właściwościach)

-

Rozdzielający (eliminacja cech przejściowych)

Dryft genetyczny (zmiana częstości występowania dennego genu w populacji)

www.umcs.filozofia.lublin.pl



Bariery izolacyjne (zahamowanie lub ograniczenie przepływu informacji genetycznej pomiędzy populacjami

tego samego gatunku)



Bariery geograficzne



Bariery ekologiczne (brak odpowiednich warunków do krzyżowania się populacji na tym samym terenie)



Bariery rozrodcze (określone genotypowo różnice w sposobach rozmnażania się osobników tego samego

gatunku w różnych populacjach)

Syntetyczna teoria ewolucji jest paradygmatem nauk biologicznych

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Pytania kontrolne

www.umcs.filozofia.lublin.pl

www.umcs.filozofia.lublin.pl

Literatura