EWOLUCJA
EWOLUCJA
" Cała ogromna różnorodność form życia
" Cała ogromna różnorodność form życia
występujących na Ziemi rozwinęła się
występujących na Ziemi rozwinęła się
podczas długiej historii naszej planety z
podczas długiej historii naszej planety z
jednego rodzaju lub kilku rodzajów
jednego rodzaju lub kilku rodzajów
prostych organizmów.
prostych organizmów.
" Zrozumienie ogromnego zróżnicowania
" Zrozumienie ogromnego zróżnicowania
świata organizmów żywych umożliwia
świata organizmów żywych umożliwia
koncepcja ewolucji.
koncepcja ewolucji.
" Ewolucja - to kierunkowy proces,
" Ewolucja - to kierunkowy proces,
polegający na stopniowych zmianach cech
polegający na stopniowych zmianach cech
gatunkowych kolejnych pokoleń gatunku
gatunkowych kolejnych pokoleń gatunku
wskutek eliminacji, przez dobór naturalny
wskutek eliminacji, przez dobór naturalny
lub sztuczny, części osobników
lub sztuczny, części osobników
(genotypów) z bieżącej populacji.
(genotypów) z bieżącej populacji.
" Ewolucja może lecz nie musi przyczyniać
" Ewolucja może lecz nie musi przyczyniać
się do powstawania nowego gatunku.
się do powstawania nowego gatunku.
Krótka historia myśli ewolucyjnej:
" Kreacjonizm  nie poparty naukowymi
badaniami, wywodzący się z tradycji wielu religii
pogląd na pochodzenie życia na Ziemi. Zgodnie
z nim Wszechświat oraz wszystkie organizmy (w
tym człowiek) zostały stworzone poprzez
nadnaturalne interwencje bogów lub Boga-
Stworzyciela. Był to dominujący pogląd w
Europie do czasu opracowania teorii ewolucji.
Kreacjonizm nie jest uznawany za teorię
naukową i nie funkcjonuje w ramach nauk
przyrodniczych.
Krótka historia myśli ewolucyjnej:
" XV - Leonardo da Vinci  uznaje, że znajdywane
skamieliny to szczątki wymarłych zwierząt
żyjących w dalekiej przeszłości
" 1809 - Jean Babtiste de Lamarck w  Filozofii
zoologii ogłosił, że wszystkie organizmy są
obdarzone siłą witalną dzięki której dążą do
coraz większej złożoności. Uważał, że
organizmy mogą przekazywać swemu
potomstwu cechy nabyte w czasie ich życia.
Karol Darwin&
" & jeden z najważniejszych XIX-wiecznych
biologów i jeden z pierwszych badaczy ewolucji.
" Odbył 5-cio letni rejs dookoła świata okrętem
Beagle w czasie którego badał m.in. florę i faunę
wysp Galapagos.
" Duży wpływ na poglądy Darwina miały teorie
Tomasza Malthusa, duchownego i ekonomisty,
który zauważył, że liczebność populacji wzrasta
w postępie geometrycznym (2, 4, 8, 16, 32 itd.)
dopóty, dopóki czynniki środowiska nie staną się
czynnikiem hamującym.
Walka o byt&
" & przeżywają w niej organizmy o cechach
korzystnych. Wynikiem walki o byt jest
przystosowanie, czyli adaptacja
(ewolucyjne modyfikacje zwiększające
szanse przeżycia i reprodukcji), populacji
do warunków środowiska, a nawet
powstanie nowego gatunku (jeśli liczba
modyfikacji jest dostatecznie duża).
Pomnikowe dzieło Darwina
 O powstawaniu gatunków drogą
doboru naturalnego czyli
o utrzymaniu się doskonalszych ras
w walce o byt ukazało się w 1859
roku.
Dobór naturalny opiera się na
czterech przesłankach:
1) nadprodukcja  wydawanie na świat
potomstwa każdego gatunku jest
znacznie większa niż liczba osobników
osiągająca zdolności do reprodukcji;
2) zmienność  w potomstwie występują
różnie międzyosobnicze;
Dobór naturalny opiera się na
czterech przesłankach:
4) współzawodnictwo  organizmy konkurują
ze sobą o ograniczone, dostępne dla
nich zasoby (walka o byt);
5) przeżyć aby się rozmnażać  osobniki
odznaczające się najkorzystniejszymi
cechami mają największą szansę
przeżycia i reprodukcji.
" Jedną z przesłanek darwinowskiej teorii
ewolucji na drodze doboru naturalnego,
było założenie, że osobniki przekazują
swoje cechy następnym pokoleniom.
Darwin jednakże nie umiał wytłumaczyć w
jaki sposób odbywa się to przekazywanie
cech z pokolenia na pokolenie.
Neodarwinizm&
" & ewolucjonizm syntetyczny - zespół poglądów
opisujących i wyjaśniających przebieg ewolucji
organizmów;
" & łączy odkrycia genetyki, systematyki i
paleontologii w spójną teorię, wywodzącą się z
teorii Darwina. Zastępuje błędne poglądy
dziewiętnastowieczne na temat dziedziczności
genetyką Mendla, Morgana i molekularną,
usuwa też pozorną sprzeczność między
dziedzicznością a ewolucją;
" & to współczesna wersja teorii Darwina.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody kopalne:
" Szczątki kopalne  fragmenty organizmów
które uwięzły w skałach osadowych zanim
się całkowicie rozłożyły.
" Petryfikacja (zeskalenie) - mineralizacja
tkanek twardych lub miękkich (węglan
wapnia, krzemionka, piryt).
" Odciski  powstały jako ślady twardych
elementów w miękkim podłożu.
"
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody kopalne:
" Odlewy zewnętrzne powstają wskutek
stwardnienia materiału otaczającego
martwy organizm, a następnie rozpadu i
usunięcia tkanek.
" Jeśli odlew zewnętrzny został przesycony
solami mineralnymi zanim tkanki się
rozpadły, to powstanie replika pierwotnych
struktur  odlew wewnętrzny.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody kopalne:
" tropy  ślady  stóp pozostawione w
miękkim podłożu z czasem twardniejącym.
" Szczątki organizmów mogą zachować się
tylko w specyficznych warunkach, dlatego
skamieliny nie stanowią losowo wybranej
próby dawnego życia.
Określenie wieku względnego
warstw geologicznych
" Skamieniałości przewodnie - szczątki
organizmów żyjących w minionych epokach
geologicznych w ściśle określonym, krótkim (w
skali geologicznej) czasie, występujących
jednocześnie na znacznych obszarach kuli
ziemskiej.
" Skamieniałościami przewodnimi są m.in.:
niektóre trylobity i graptolity zachowane w
skałach wczesnopaleozoicznych (kambr,
ordowik), a także amonity i belemnity masowo
występujące w skałach mezozoicznych.
Warstwy geologiczne
Określenie wieku bezwzględnego
warstw geologicznych
" Izotopy promieniotwórcze, radioizotopy 
atomy, których jądra są niestabilne i samorzutnie
ulegają przemianie promieniotwórczej, dając w
wyniku tego inne atomy (cząstki elementarne)
" Izotopy promieniotwórcze charakteryzuje czas
połowicznego rozpadu, tj. czas w którym zanika
połowa jąder danego pierwiastka. Czas
połowicznego rozpadu nie zależy od otoczenia
chemicznego atomu izotopu.
Izotopy promieniotwórcze
" potas (40K) rozpada się do argonu (40Ar),
okres połowicznego rozpadu wynosi  1,5
miliarda lat
" izotop uranu (235U) rozpada się do ołowiu
(207Pb), okres połowicznego rozpadu
wynosi  704 mln lat
" węgiel (14C)  rozpada się do izotopu
węgla 12C, okres połowicznego rozpadu
wynosi 5730 lat
Żywe skamieniałości&
" & żyjące gatunki znane ze skamieniałości
i nie mających bliskich żyjących krewnych.
Gatunki określane tym terminem przeżyły
masowe wymieranie w przeszłości i z
reguły ograniczają się do jednego czy kilku
gatunków.
" Przykładami żywych skamieniałości są:
latimeria (ryba trzonopłetwa) czy hatteria
(gad), czy łodzik (jedyny współczesny
głowonóg z muszlą, a z roślin miłorząb
japoński i metasekwoja chińska.
Ogniwa pośrednie&
" & organizmy wymarłe jak i współcześnie żyjące
których budowa jest mieszanką cech dwóch
blisko spokrewnionych grup systematycznych.
Posiadają one cechy dwóch blisko
spokrewnionych grup systematycznych
wykazujących powiązania filogenetyczne, np
Ichtiostega (odkryta w dewońskich osadach
Grenlandii) była płazem który zachował cechy
rybie świadczące o bliskim pokrewieństwie
między tymi kręgowcami.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Anatomia porównawcza.
" Anatomia porównawcza gatunków
spokrewnionych uwidacznia podobieństwa
ich budowy.
" Narządy różnych organizmów wykazujące
podobną budowę, która jest wynikiem ich
wspólnego podobieństwa ewolucyjnego,
nazywamy narządami homologicznymi.
Narządy różnych organizmów wykazujące
podobną budowę, która jest wynikiem ich
wspólnego podobieństwa ewolucyjnego,
nazywamy narządami homologicznymi.
Przykłady:
" kończyna przednia kreta i nietoperza
" szyja myszy i żyrafy
" ciernie kaktusa i wąsy czepne grochu
" odnóża owadów (np. pływne, skoczne,
grzebne)
" serce gada i serce ptaka
Narządy które nie są homologiczne lecz pełnią
podobne funkcje u różnych organizmów
nazywamy narządami analogicznymi.
Przykłady:
" wąs czepny grochu (przekształcony liść) i
winobluszcz (przekształcona łodyga),
" korzenie organowców i ryzoidy plechowców,
" skrzydło owada i skrzydło ptaka,
" odnóża owada i kończyny kręgowców.
" pęcherzykowate oko głowonogów i oko
kręgowców.
" Z ewolucyjnego punktu widzenia, narządy
analogiczne świadczą o zdolności
przystosowania się nie spokrewnionych
organizmów żyjących w podobnych
środowiskach do podobnych zadań
życiowych, co w procesie ewolucji
prowadzi do zbieżności (konwergencji)
budowy i funkcji. Zjawisko to jest zwane
ewolucją konwergencyjną czyli zbieżną
Narządy szczątkowe, rudymenty&
" & w biologii określa się tak narządy o
uproszczonej budowie w porównaniu do ich
odpowiedników u innych organizmów,
zwłaszcza przodków. Uwstecznienie budowy
tych narządów nastąpiło wskutek zatracenia ich
pierwotnej funkcji. Narządy szczątkowe zwykle
nie spełniają żadnej biologicznej funkcji i
zazwyczaj w toku ewolucji zanikają. Jeśli jednak
narząd taki nie upośledza funkcjonowania
organizmu, to nie jest eliminowany przez dobór
naturalny. Narządy szczątkowe są pośrednimi
dowodami ewolucji.
Narządy szczątkowe, rudymenty&
" Przykłady narządów szczątkowych:
" u człowieka:
 wyrostek robaczkowy,
 szczątkowe owłosienie ciała,
 zęby mądrości (trzecie zęby trzonowe),
 mięśnie poruszające małżowiną uszną;
" u innych zwierząt:
 kret  ślepe oczy,
 kopytne  szczątkowe palce,
 struś  skrzydła,
 wieloryb - szczątkowe kości miednicy i kończyn
tylnych.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Wspólny wzorzec rozwoju
" Gatunki spokrewnione mają wspólny wzorzec
rozwoju. Podobieństwa między zarodkami
różnych kręgowców są większe niż
podobieństwo między osobnikami dorosłymi. W
rzeczywistości trudno rozróżnić wczesne stadia
rozwojowe żaby, kury, świni czy człowieka.
" Segmentowane mięśnie, kieszenie skrzelowe,
cewkowate serce nie podzielone na lewą i
prawą część, układ tętnic łuków skrzelowych i
wiele innych rybich cech pojawia się w
zarodkach wszystkich kręgowców.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody biochemiczne i molekularne
" Ewolucyjne rodowody utworzone na
podstawie informacji biochemicznych i
molekularnych są identyczne jak
rodowody stworzone w oparciu o cechy
morfologiczne i dowody kopalne.
" Dowodem podobieństwa wszystkich istot
żywych jest uniwersalność kodu
genetycznego.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody biochemiczne i molekularne
" Uniwersalność kodu genetycznego wszystkich
organizmów żywych powoduje iż białka
zbudowane są z takich samych aminokwasów.
Również sekwencja aminokwasów budujących
te białka jest taka sama.
" Podobieństwo biochemiczne dotyczy też innych
związków i procesów. Większość komórek
posiada podobne typy związków budujących
błony, ma cykl Krepsa. Mitochondria we
wszystkich komórkach eukariota są identycznie
zbudowane i pełnią te same funkcje. Bardzo
podobny lub identyczny jest także cykl mitozy.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody biochemiczne i molekularne
" Istnieje wyraz
ne podobieństwo w budowie
hemoglobiny u naczelnych.
" Także surowica krwi naczelnych,
zawierająca swoiste białka zakodowane w
określonych genach, wykazuje wysoki
stopień podobieństwa świadczący o
bliskim pokrewieństwie tych gatunków.
Dowody potwierdzające ewolucję.
Dowody biochemiczne i molekularne
" Im większy stopień pokrewieństwa tym
większe podobieństwo w sekwencji
nukleotydów tworzących DNA
Gatunek
" Gatunek do grupa organizmów
posiadająca wspólną pulę genów.
" Gatunek to grupa organizmów mniej lub
bardziej zróżnicowanych, zdolnych do
krzyżowania się między sobą w przyrodzie
(w stanie dzikim), będących w izolacji
rozrodczej wobec innych gatunków.
Mechanizmy zapobiegające
krzyżowaniu się gatunków
Mechanizmy izolacyjne zapobiegające
przepływowi genów między gatunkami:
- izolacja prezygotyczna
- izolacja postzygotyczna
Izolacja prezygotyczna
" Izolacja geograficzna - polega na
oddzieleniu przestrzennym populacji
spowodowanym wystąpieniem bariery -
np. morza, gór, rzeki.
" Izolacja sezonowa - organizmy
zamieszkujące ten sam teren różnią się
czasem rozrodu, porą kwitnienia, zatem
nie dochodzi do mieszania się materiału
genetycznego między tymi osobnikami.
Izolacja prezygotyczna
" Izolacja siedliskowa (ekologiczna) -
populacje danego gatunku zasiedlają ten
sam teren, lecz zajmują różne siedliska
" Izolacja etologiczna - dotyczy gatunków
zwierząt różniących się zachowaniami
godowymi. Samice odczytują tylko sygnały
godowe wysyłane przez samce swojego
gatunku.
Izolacja prezygotyczna
" Izolacja mechaniczna (anatomiczno-
morfologiczna) - wynika z niezgodności
w budowie narządów rozrodczych.
" Izolacja gametyczna  nawet gdy dojdzie
do kopulacji różnice w budowie gamet lub
różnorodne zabezpieczenia molekularne i
chemiczne uniemożliwiają zapłodnienie.
Izolacje postzygotyczne
" Zapobiegają skutecznemu rozmnażaniu gdy
dojdzie do zapłodnienia.
" Na skutek niezgodności materiału genetycznego
komórki jajowej i plemnika zygota nie rozwija się
lub rozwija się nieprawidłowo.
" Nie przeżywanie zygoty.
" Niepłodność mieszańców (muły).
" Upośledzenie mieszańców lub śmierć zaraz po
urodzeniu.
Powstawanie nowych gatunków
" Powstawanie gatunków albo specjacja
to proces biologiczny, w wyniku którego
powstają nowe gatunki organizmów.
Zachodzi na skutek wytworzenia się
bariery rozrodczej pomiędzy wyjściowymi
populacjami, czyli zaistnieniu zjawiska,
które uniemożliwia między nimi wymianę
genów.
Specjacja
" specjacja allopatryczna
" specjacja sympatryczna
Specjacja allopatryczna
(allos  inny, patria  ojczyzna)
" & typ specjacji, w której decydującą rolę
odgrywa powstanie bariery geograficznej,
uniemożliwiającej fizyczny kontakt
pomiędzy rozdzielonymi populacjami.
" Prawdopodobieństwo specjacji
allopatrycznej jest większe gdy izolowana
jest mała populacja.
Możliwe są trzy rodzaje skutków ponownego
zetknięcia się populacji która się oddzieliła z
populacją macierzystą:
1. specjacja dokonała się i powstał nowy
gatunek;
2. specjacja nie dokonała się i krzyżowanie jest
możliwe
3. specjacja nie dokonała się ostatecznie, ale
różnice między populacjami są bardzo duże co
powoduje ograniczony przepływ genów między
populacjami.
Specjacja sympatryczna
(sym  ten sam, patria  ojczyzna)
" Populacje poddane specjacji
sympatrycznej nie są rozdzielone
geograficznie i dzielą ten sam obszar
występowania. Różnica powstaje na
skutek mutacji np. zwiększenia liczby
chromosomów, która utrudnia lub wręcz
uniemożliwia krzyżowanie się
organizmów.
Specjacja sympatryczna
" Poliploidalność - występuje, gdy dany
organizm ma więcej niż dwa kompletne
zestawy chromosomów. Organizm taki
nazywa się poliploidalnym, poliploidem
lub polieuploidem. Takie zwiększenie
ilości zestawów chromosomów dzieje się
w trakcie tworzenia gamet, gdy po
podziale chromosomów nie nastąpi
podział komórki.
" Jeżeli dojdzie do połączenia się
chromosomów dwu różnych gatunków
(hybrydyzacja) mamy do czynienia z
alloploidalnością. Może wówczas powstać
płodny mieszaniec międzygatunkowy.
Płodność mieszańca wynika z
poliploidalności, co umożliwia łączenie się
w pary chromosomów homologicznych w
czasie mejozy, a następnie powstanie
żywotnych gamet.
" poliploidyzacja jest u roślin ważnym
mechanizmem specjacji.
" Rośliny są bardziej tolerancyjne niż zwierzęta
jeśli chodzi o liczbę chromosomów, aż 47%
wszystkich roślin kwiatowych to poliploidy, we
florze środkowej Europy mniej więcej połowa
roślin jest naturalnymi lub wytworzonymi przez
człowieka poliploidami (można tego dokonać np.
poprzez zastosowanie kolchicyny, która niszczy
wrzeciono kariokinetyczne uniemożliwiając
podział komórki). Jako przykłady można podać
pszenżyto, ziemniaki, rośliny ozdobne, drzewa
owocowe, trawy łąkowe i inne. Odznaczają się
one większymi rozmiarami, większą żywotnością
i odpornością (dają więc także większe plony).
Przebieg ewolucji
" Teoria równowagi przerywanej zakłada,
że ewolucja wykazuje okresy zastoju (tj.
okresy w których gatunki nie zmieniają się
lub zmieniają się tylko nieznacznie), po
czym następują fazy bardzo aktywnej
ewolucji, wskutek czego zasadnicze
przystosowania lub zgrupowania
przystosowań pojawiają się w materiale
kopalnym w sposób nagły.
Makroewolucja&
" & procesy ewolucyjne zachodzące w
bardzo długim czasie (okresy i epoki
geologiczne), prowadzące do
zasadniczych zmian w budowie
organizmów, i co za tym idzie, do
powstawania nowych dużych jednostek
systematycznych, jak rodzaje, rodziny,
rzędy itd.
" Nowe elementy strukturalne (np skrzydła
owadów, kwiaty okrytonasiennych, czy
pióra u ptaków) nazywane są
preadaptacjami i stanowią odmianę
pewnych istniejących już struktur, które
rozwijały się aby pełnić określoną rolę.
Przykładem preadaptacji są pióra
powstałe z łusek gadów, ucho środkowe
ssaków powstało ze zmodyfikowanych
elementów szczeki gadów.
" Modyfikacje te powstają w wyniku zmian
genów regulatorowych. Czyli są związane
ze zmianami rozwojowymi.
" Powstanie cechy wyrażającej ewolucyjny
postęp może przyczynić się do radiacji
adaptatywnej (przystosowawczej)
powodującej rozdzielenie się jednolitej
grupy organizmów na liczne,
zróżnicowane linie rozwojowe, wskutek
powstania swoistych cech w odmiennych
warunkach środowiskowych; np. ssaków w
trzeciorzędzie.
" Radiacja adaptatywna zdarza się częściej
w okrasach drastycznych zmian
środowiska.
" Wymieranie zdarza się gdy ostatni
gatunek rodu ginie, czyli gatunek
ostatecznie znika i nie pojawi się już
więcej. Jest to proces który trwa od
samego początki istnienia ziemi.
" W czasie istnienia ziemi miały miejsce
dwa rodzaje wymierania. Wymiennie
pozornie niezauważalne  ciągłe
wymieranie pojedynczych gatunków oraz
wymienianie masowe.