Rodzaje danych świadczących o zachodzeniu ewolucji

Informacje ogólne

Biologowie nie zawsze zgadzają się, co do niektórych aspektów mechanizmu zmian ewolucyjnych, ale fakt, że ewolucja zachodzi, nie budzi wątpliwości i jest dość precyzyjnie udokumentowany. Dane świadczące o zachodzeniu ewolucji są dwojakiego rodzaju: pośrednie - pozwalające wnioskować o ewolucji i wspólnym pochodzeniu form żywych na podstawie analizy podobieństw i różnic dziś istniejących organizmów oraz bezpośrednie - wywodzące się z badań geologicznych i paleontologicznych, ukazujące ewolucję w trakcie jej trwania w długich okresach czasu.

Dowody bezpośrednie ewolucji z paleontologii

- Skamieniałości lub skamieliny - są ciałami lub częściami ciał organizmów, które przetrwały z dawnych epok, mogą to być również odciski, odlewy, ślady odciśnięte w piasku, glinie, skale. Najczęściej spotykanymi skamieniałościami są zęby, części szkieletowe, pancerze. Na podstawie kształtu kości i miejsc przyczepu mięśni określa się postawę, sposób poruszania, prawdopodobny wygląd zwierzęcia. W skamieniałościach twarde lub czasami miękkie części organizmu zastępowane są w ciągu długiego czasu minerałami, np. siarczkiem żelaza (piryt), krzemionką, węglanem wapnia. Zjawisko takie nazywamy petryfikacją lub zeskaleniem, np. spetryfikowany las w Arizonie. Wyróżniamy odlewy zewnętrzne powstałe wskutek stwardnienia materiału otaczającego obumarły organizm, a następnie rozpadu i usunięcia tkanek. Odlew wewnętrzny powstaje przez wysycenie minerałami tkanek zwierzęcia lub rośliny, zanim się one rozłożą. Do skamieniałości zalicza się także: kaprolity - skamieniałe odchody, gastrolity - kamienie służące do rozcierania pokarmu w żołądkach gadów mezozoicznych, skamieniałe jaja, gniazda oraz nory.

- Inkluzje - zatopione w bursztynie zwierzęta lub ich fragmenty; najczęściej odnosi się do małych zwierząt, np. owadów. W sprzyjających okolicznościach może dojść do zachowania całego organizmu

Rys. Dowody bezpośrednie

z narządami wewnętrznymi. W ten sposób zachował się w pokładach wosku ziemnego nosorożec włochaty, odnaleziony w pokładach plejstoceńskich w Staruni koło Lwowa. Kolejnym przykładem są mamuty syberyjskie zachowane w wiecznej zmarzlinie.

- Relikty (żywe skamieniałości) - organizmy, które przetrwały prawie niezmienione do dzisiaj jako pojedyncze gatunki o ściśle ograniczonym zasięgu, a w dawnych epokach geologicznych występowały licznie. Są to między innymi:

• Latimeria chalumnae - ryba trzonopłetwa znaleziona w 1938 roku w Oceanie Indyjskim u wybrzeży Wysp Komorskich, gatunek ryby żyjący ok. 75 milionów lat. Ryby trzonopłetwe pojawiły się w dewonie, a wymarły pod koniec jury. Przetrwał jeden gatunek, właśnie latimeria. Wśród ryb trzonopłetwych upatruje się przodków płazów.

• Ryby dwudyszne: rogoząb, prapłetwowiec i płazak. Grupa prymitywnych ryb mających dobrze zachowaną strunę grzbietową, symetryczną płetwę ogonową oraz czynny narząd powietrzny.

• Beznogie, ślepe płazy żyjące w ziemi.

• Rylcogłowy (hatterie) licznie żyjące w mezozoiku, dzisiaj reprezentowane przez jeden gatunek - hatterię Sphenodon punctatus. Hatteria żyjąca na wyspach Nowej Zelandii przypomina swoich przodków sprzed 130 mln lat. W sercu zachowała się niewielka zatoka żylna, między kręgami pozostały resztki struny grzbietowej, posiada workowate płuca o niewielkiej powierzchni oraz trzecie oko, tzw. ciemieniowe. Jest ona bardzo rzadkim reliktem i endemitem, należy do gatunków bezwzględnie chronionych.

• Hoacyn - ptak żyjący w Ameryce Południowej, jego pisklęta posiadają na skrzydłach pazury; ze względu na podobieństwo do praptaka uważany jest za relikt.

• Stekowce - dziobak i kolczatka - żyjące w Australii jajorodne ssaki, które mają szereg regresywnych cech gadzich, a jednocześnie progresywnych zaznaczających przynależność do ssaków.

• żółwie z wysp Galapagos

• małż Neopilina

• Reliktowe łodziki (rodzaj Nautilus), np. łodzik żeglarek - żywa skamieniałość z paleozoiku, posiada dobrze rozwiniętą, spiralnie skręconą muszlę (u współcześnie żyjących głowonogów muszla uległa redukcji).

• Skrzypłocz (Limulus) - ostatni żyjący przedstawiciel rzędu rozpowszechnionego w okresie karbońskim; larwa skrzypłocza jest podobna do larw trylobitów, z którymi zwierzę jest spokrewnione. Cechy trylobitów nawiązują zarówno do pierścienic, jak i do skorupiaków i pajęczaków. Jedynym morskim pajęczakiem, który przetrwał do naszych czasów, jest właśnie skrzypłocz; ten rodzaj zwierząt nie wykazuje praktycznie zmian od chwili pojawienia się 200 mln lat temu.

• Pratchawce - należące do stawonogów, żyły równolegle z trylobitami, do dziś nieliczni przedstawiciele żyją w puszczach tropikalnych Afryki, Azji, Ameryki Płd. i Australii.

• Miłorząb japoński (Ginkgo biloba) - przedstawiciel miłorzębowych, pochodzi z Chin i Japonii.

• Dębik ośmiopłatkowy, brzoza karłowata i wierzba polarna to relikty epoki polodowcowej w Polsce.

Badania paleontologiczne udostępniają jedne z najbardziej przekonujących dowodów ewolucji. Organizmy prymitywniejsze, starsze ewolucyjnie znajdowane są w głębokich, starszych warstwach osadowych, zaś organizmy młodsze, stojące na wyższych szczeblach rozwojowych, pojawiają się w płytszych warstwach. Znaleziono pewną liczbę tzw. brakujących ogniw, będących formami pośrednimi między po­szczególnymi spokrewnionymi grupami. Braki wielu innych ogniw pośrednich wynikają z faktu, że większość pokładów zawierających skamieliny znajduje się w łańcuchach gór, pod powierzchnią ziemi, mórz i oceanów bądź uległa zniszczeniu przez ruchy górotwórcze. Inną przyczyną niewielkiej liczby tych ogniw jest to, że formy pośrednie były stosunkowo rzadkie w porównaniu z formami doskonale przystosowanymi.

- Formy przejściowe - organizmy posiadające cechy dwóch jednostek systematycznych to między innymi: Euglena zielona - posiada cechy roślin i zwierząt, mszaki - formy przejściowe między plechowcami i organowcami, lancetnik - forma między bezkręgowcami i kręgowcami, Ichtiostega - forma pomiędzy rybami a płazami, Seymouria - łączy płazy z gadami, Archeopteryx - praptak z okresu jury, ogniwo łączące gady z ptakami, oraz Cynognathus - forma między gadami i ssakami.

Rys. Formy pośrednie

- Warstwy osadowe zawierające skamieniałości muszą być ułożone w porządku chronologicznym, aby była możliwa interpretacja procesów ewolucyjnych. W skałach osadowych poszczególne warstwy ułożone są w kolejności ich odkładania się (jeśli nic nie zakłóciło ich prawidłowego rozmieszczenia). Badacze identyfikują poszczególne warstwy w skałach osadowych na podstawie takich cech, jak: zawartość minerałów, ich ułożenie oraz zawartość kluczowych skamieniałości bezkręgowców, tzw. skamieniałości przewodnich, które charakteryzują daną warstwę na znacznym obszarze geograficznym. Skamieniałości przewodnie to organizmy kopalne, które występowały w stosunkowo krótkim czasie, a ich liczne szczątki przetrwały do dziś w wielu miejscach globu ziemskiego.

- Metody badań stosowane w paleontologii to: poszukiwanie śladów oraz szczątków roślin i zwierząt w pokładach geologicznych, metody oparte na geologii historycznej i współczesnej, metody izotopowe, oraz analiza pyłkowa.

Pośrednie dowody ewolucji. Świadectwa ewolucji z anatomii porównawczej

Porównanie szczegółów anatomicznych wybranego układu narządów występujących u różnych przedstawicieli danego typu ujawnia podstawowe podobieństwa budowy pomimo odmiennego wyglądu. Porównanie niektórych struktur w obrębie różnych grup roślin i zwierząt wykazało, że każdy układ narządów posiada pewne cechy podobieństwa, a jednocześnie wykazuje zmienność w określonym zakresie. Szczególnie wyraźnych przykładów dostarcza porównanie układów: szkieletowego, krwionośnego, wydalniczego, oddechowego i pokarmowego u strunowców.

Szkielet - struna grzbietowa występująca w zarodkach wszystkich kręgowców zostaje wyparta przez chrzęstny lub kostny kręgosłup, a przednia jego część tworzy czaszkę. Kręgosłup zbudowany jest z podobnych kręgów, a poszczególne jego odcinki są w różnym stopniu wyspecjalizowane, co wiąże się z przystosowaniem do środowiska. Szkielet czaszki wykazuje podział na mózgoczaszkę i trzewioczaszkę; proporcje między tymi częściami zmieniają się w związku z rozwojem mózgu. Ewolucja kości szczęk wiąże się również z trybem życia i rodzajem przyjmowanego pokarmu. U najbardziej złożonych ssaków szczęki powstają tak jak u ryb z łuków skrzelowych i taka budowa zaznacza się u zarodków. Schemat kończyn u wszystkich kręgowców jest taki sam, np. skrzydło ptaka, płetwa delfina, skrzydło nietoperza oraz górna kończyna człowieka, chociaż pozornie są odmienne, mają bardzo podobny układ kości, nerwów, mięśni. W każdym z wyżej wymienionych narządów występuje pojedyncza kość ramieniowa, a za nią znajdują się dwie kości przedramienia - łokciowa i promieniowa, a następnie kości nadgarstka oraz zmienna liczba kości śródręcza i palców. Ten schemat budowy kończyny przedniej jest typowy dla kręgowców, chociaż skrzydło, płetwa i ręka są używane w odmienny sposób, tj. pełnią różne funkcje, a z mechanicznego punktu widzenia podobieństwo ich budowy nie jest uzasadnione. Podobny układ kości stwierdzono u dawno wymarłych płazów i gadów, a nawet u ryb, które pierwsze wyszły na ląd. Narządy różnych organizmów wykazujące podobną budowę, która jest wynikiem ich wspólnego pochodzenia ewolucyjnego i bliższego bądź dalszego pokrewieństwa, nazywamy narządami homologicznymi. Narządy homologiczne powstawały w wyniku opanowywania różnych środowisk życia, a zmiany adaptacyjne prowadziły do ewolucji dywergentnej, czyli ewolucji rozbieżnej. Tak więc narządy homologiczne są naturalną konsekwencją ewolucji dywergentnej.

Rys. Narządy homologiczne

- Inne przykłady homologii to:

• Uchyłek wątrobowy lancetnika i wątroba kręgowców.

• Szyja wieloryba i żyrafy (w obu przypadkach składa się z 7 kręgów, tak jak u wszystkich ssaków).

• Pokrycie ciała i wytwory skóry: kopyta, łuski, paznokcie, włosy, pióra, rogi.

• Pęcherz pławny ryb i płuca kręgowców lądowych.

• Bulwy ziemniaka, cebule tulipana, rozłogi perzu i ciernie akacji to homologi pędów, u roślin wyższych - modyfikacje pędowe.

• Występują korzenie: asymilacyjne, oddechowe, podporowe i spichrzowe.

• Odpowiednio przekształconymi liśćmi są: kolce berberysu, wąsy czepne chmielu, kolce kaktusa, liść pułapka dzbanecznika czy liść asymilacyjny wierzby lub sosny.

• Działki kielicha i płatki korony kwiatów.

Jedną z podstaw klasyfikacji organizmów jest liczba narządów homologicznych. Im więcej ich występuje u dwóch porównywanych gatunków, tym węższa jest jednostka systematyczna, do której gatunki te zaliczamy.

Anatomia porównawcza wskazuje również na istnienie narządów szczątkowych, czyli tych narządów homologicznych, które nie pełnią wyraźnej funkcji, są pozornie lub częściowo nieczynne lub zwyrodniałe. Narządy szczątkowe potwierdzają ewolucję, choć ich występowanie nie jest całkowicie zrozumiałe. Uważa się, że jeśli jakiś narząd traci swą funkcję całkowicie lub częściowo, przestaje mieć znaczenie w doborze naturalnym. Jednakże nie zostaje całkowicie wyeliminowany, ponieważ nie jest dla organizmu szkodliwy, nie podlega zatem silnej presji doboru naturalnego.

U człowieka można wymienić przeszło 100 narządów szczątkowych, m.in. wyrostek robaczkowy, zęby mądrości, kość guziczna (zrośnięcie 4-5 kręgów ogonowych), mięśnie poruszające małżowiny uszne, mięsień potyliczny, mięsień podskórny szyi, ślady trzeciej powieki oka. U zwierząt narządami szczątkowymi są: szczątkowe włosy u słoni i hipopotamów, szczątkowe kości kończyn oraz miednicy pytona i wieloryba, pozostałości skrzydeł nielotnego ptaka kiwi; pozbawione oczu zwierzęta jaskiniowe mają zawiązki tych narządów (w szczególności zarodki), jednak w trakcie rozwoju oczy zanikają. W rozwoju ssaków łożyskowych narządami szczątkowymi są omocznia i pęcherzyk żółtkowy - ich funkcje przejmuje łożysko. U roślin również występują liczne przykłady takich struktur, np. łuski na łodygach kanianki są szczątkowymi liśćmi, które na skutek pasożytnictwa rośliny straciły zdolność do asymilacji. Redukcja gametofitu w procesie ewolucji roślin doprowadziła do tego, że rodnia u roślin nagozalążkowych zbudowana jest z 6 komórek i stanowi narząd szczątkowy, natomiast u roślin okrytozalążkowych rodnia nie występuje w ogóle, a narządem homologicznym są 3 górne jądra woreczka zalążkowego - synergidy i komórka jajowa.

Atawizmy są cechami przodków świadczącymi o zwierzęcym pochodzeniu człowieka, np. dodatkowe sutki, wykształcony ogon (większa liczba kręgów ogonowych), gęste owłosienie, zbyt wystające kły, zrogowaciałe paznokcie.

Niektóre gatunki wykazujące pozorne podobieństwo narządów nie są spokrewnione i nie wywodzą się od wspólnego przodka. Narządy, które nie są homologiczne, lecz pełnią podobne funkcje u różnych organizmów, nazywamy narządami analogicznymi. Narządy analogiczne, podobnie jak homologiczne, dostarczają niezbitych dowodów na istnienie ewolucji i adaptacji. Porównanie organizmów mających narządy analogiczne przemawia za ich pochodzeniem od różnych przodków. Z ewolucyjnego punktu widzenia narządy analogiczne świadczą o zdolności przystosowania się niespokrewnionych organizmów, żyjących w podobnych środowiskach, do podobnych zadań życiowych, co w konsekwencji prowadzi do zbieżności budowy i funkcji. Zjawisko takie nazywamy konwergencją lub ewolucją konwergencyjną - ewolucją zbieżną. Konwergencja dotyczy często całego organizmu, np. zwierzęta wodne: ryby, wieloryby, foki, mezozoiczne gady mają opływowy kształt ciała. Przykłady narządów analogicznych to:

• skrzydło ważki i kończyna przednia nietoperza (skrzydła ssaków mają szkielet kostny, a skrzydła owadów, wyrastające z górnej części tułowia, są podtrzymywane przez chitynowy szkielet),

• płuca ssaków i tchawki owada,

• odnóża owada i kończyny ssaków,

• mózg głowonoga i mózg kręgowca,

• oko głowonoga i oko ryby,

• korzenie roślin nasiennych i chwytniki mszaków.

Porównując budowę poszczególnych grup organizmów, można prześledzić zmiany ewolucyjne, prowadzące do doskonalenia poszczególnych układów. W układzie nerwowym od minoga do saków obserwuje się przy jednym planie budowy coraz większy rozwój kresomózgowia, szczególnie półkul mózgowych pokrytych korą mózgową. Układ oddechowy kręgowców lądowych ma główny plan budowy taki sam, zmiany dotyczą zwiększania po­wierzchni płuc i usprawnień wentylacji narządów oddechowych. Układ krwionośny jest typu zamkniętego, występuje rozdzielenie serca na część prawą i lewą, tym samym rozdzielenie krwi tętniczej i żylnej oraz wytworzenie dwóch obiegów krwi. Układ pokarmowy zbudowany jest z jelita przedniego, środkowego i tylnego; poszczególne części ulegają specjalizacji w związku z różnym rodzajem pokarmu i trybem życia.

Świadectwa ewolucji z zakresu embriologii

Gatunki spokrewnione mają podobny wzorzec rozwoju, podobieństwo między zarodkami różnych kręgowców jest większe niż między osobnikami dorosłymi. Bardzo trudno jest rozróżnić wczesne stadia embrionalne ryby, żaby, żółwia, kury, świni i człowieka, ponieważ rozwój embrionalny w pierwszych etapach życia wszystkich kręgowców jest podobny. Związek pomiędzy rozwojem embrionalnym a stanowiskiem systematycznym kręgowców jest ścisły i łatwy do zaobserwowania. K. Baer sformułował prawo rozwojowe, które dowodzi, że w rozwoju zarodkowym kręgowców poszczególne ich cechy występują w określonej kolejności, to znaczy, że najwcześniej pojawiają się cechy właściwe dla typu, np. dla strunowców struna grzbietowa, później cechy gromady, rzędu, rodziny, a na końcu gatunku. Zjawisko to nazywane jest rekapitulacją. Inaczej mówiąc, rozwijający się zarodek wykazuje kolejno cechy jednostek systematycznych, do których należy, zaczynając od jednostek najszerszych, a kończąc na najwęższych. Również K. Darwin zwrócił uwagę na powtarzanie cech rodowych przodków przez rozwijający się zarodek. E. Haeckel, opierając się na obserwacjach Darwina, sformułował prawo biogenetyczne. Głosi ono, że: w rozwoju zarodkowym - ontogenezie - zostają powtórzone w formie skróconej etapy rozwoju rodowego - filogenezy, czyli że każdy organizm w swoim rozwoju osobniczym odtwarza postaci przodków, dokładając na koniec cechy własne. Haeckel zdawał sobie sprawę z uproszczenia swojej teorii i wyróżnił u zarodków cechy cenogenetyczne, czyli specyficzne dla zarodka, będące wynikiem przystosowania się do życia embrionalnego. Istnienie cech cenogenetycznych utrudnia odtworzenie rodowodu. Oprócz wymienionych wyróżnił cechy palingenetyczne, czyli struktury będące powtórzeniem struktur występujących u przodków. Do cech palingenetycznych zalicza się strunę grzbietową u zarodków wszystkich kręgowców, łuki skrzelowe u zarodków gadów, ptaków i ssaków, zawiązki zębów w szczękach bezzębnych waleni, pokrycie całego ciała meszkiem, tzw. lanugo, w rozwoju płodowym człowieka, cewkę nerwową, która ewoluuje w mózg i rdzeń kręgowy. Cechy palingenetyczne ułatwiają ewolucjonistom odtworzenie rodowodu współcześnie żyjących organizmów. Wnioski z teorii Haeckla: w ontogenezie przebiegają równocześnie procesy cenogenetyczne i palingenetyczne, a ostateczne ukształtowanie się zwierzęcia jest ich wypadkową; filogeneza jest przyczyną ontogenezy i ma na nią duży wpływ.

Rys. Rozwój embrionalny

Współczesne badania rozwoju wykazały, że pogląd Haeckla jest nie w pełni prawdziwy i prawo to zostało odrzucone przez większość ewolucjonistów. W trakcie rozwoju zarodka powtarzającego w ciągu kilku dni lub tygodni historię ewolucji swego gatunku, niektóre etapy zostały wyeliminowane, a inne zmienione w pewnym stopniu lub zmienione całkowicie. Pomimo krytyki główne stwierdzenie prawa o istnieniu związku pomiędzy ontogenezą i filogenezą jest słuszne, poza tym prawo to przyczyniło się do rozwoju badań w dziedzinie embriologii. Obecnie potwierdza się, że zarodki wyższych zwierząt są podobne do zarodków form niższych, nie zaś podobne do ich postaci dorosłych. Ontogeneza nie jest dokładną rekapitulacją filogenezy, ponieważ w rozwoju zarodkowym pojawia się cały szereg cech charakterystycznych wyłącznie dla zarodka, np. błony płodowe, łożysko czy pępowina, charakterystyczne krążenie płodowe u płodów ludzkich, oprzęd nieruchomej poczwarki motyla.

Przykładów rekapitulacji w czasie rozwoju zarodkowego jest wiele, np. w początkowym okresie wszystkie zarodki mają segmentalnie ułożone somity, łuki i szczeliny skrzelowe, parzyste łuki aorty, czyli naczynia krwionośne przebiegające w łukach skrzelowych, w podobny sposób tworzą się zawiązki kończyn, wszystkie mają embrionalne ogonki. Embriony jaszczurki, kury, świni i człowieka wykazują jeszcze przez pewien czas wyraźne podobieństwo, podczas gdy zarodki ryb i płazów ogoniastych zaczynają już wytwarzać formy typowe dla tych gromad. W tym stadium z tkanki wyściełającej szczeliny skrzelowe tworzą się u ryb i płazów skrzela. Rozwój roślin jest prostszy niż u zwierząt, a przykłady rekapitulacji nie występują tak licznie, ale także w tym świecie możemy je znaleźć, np. u dojrzałej akacji występują dobrze rozwinięte liście złożone, a u siewek liście pojedyncze, takie jakie występują we wszystkich stadiach rozwojowych ich przodków.

Teoria filembriogenezy A. Siewiercowa inaczej interpretuje stosunek ontogenezy do filogenezy. Teoria zakłada, że przyczyną zmian ewolucyjnych - filogenezy - jest przebieg rozwoju osobniczego - ontogeneza. Siewiercow wyróżnił trzy typy odchyleń od prawa biogenetycznego Haeckla, czyli typy zmian zachodzących w rozwoju zarodkowym: archalaksę - odchylenie pierwotne, dewiację - zmianę w środkowej fazie rozwoju oraz anabolię - nadstawkę, dodanie nowych cech w końcowej fazie.

Archalaksa stanowi odejście od filogenezy na początku rozwoju zarodkowego, czyli w stadium zawiązywania się narządów, np. u zarodków węży pojawia się już na początku rozwoju duża liczba kręgów, taka jak u dorosłych osobników, mimo że ich przodkowie - gady mezozoiczne - miały mniejszą liczbę kręgów niż współczesne węże. Liczba wymienionych struktur nie wzrasta więc stopniowo w ontogenezie, w ten sposób nie odzwierciedla procesów, jakie zachodziły w toku filogenezy.

Dewiacja polega na tym, że powtórzenie filogenezy zakłócone zostaje w środkowej fazie rozwoju zarodkowego, np. u zarodków gadów rozwój łusek pokrywających ciało następuje ze zrogowaciałego naskórka, a nie jak u ryb z tkanki łącznej znajdującej się pod naskórkiem.

Anabolia polega na tym, że czas ontogenezy wydłuża się na skutek powstania anabolii, czyli dodania nowych cech rozwojowych do cech będących rekapitulacją cech przodków, np. rozwój szczęk u ryby belony. Ryba ta różni się od form pokrewnych występowaniem długiej szczęki górnej i dolnej. Żuchwa zaczyna rosnąć u narybku o długości 10 mm, górna jeszcze później u narybku 91mm, przy czym obie wyrównują długość u rybek, które osiągnęły długość 100 mm. Cecha gatunkowa - długie szczęki - nabyta przez belonę w pewnym okresie rozwoju rodowego stanowi anabolię w ontogenezie.

Zgodnie z teorią filembriogenezy pełna rekapitulacja cech przodków w rozwoju ontogenetycznym zachodzi jedynie wówczas, gdy rozwój osobniczy ma charakter anaboliczny. Prawo biogenetyczne Haeckla uzupełnione teorią filembriogenezy Siewiercowa pozwoliło wyjaśnić przebieg ewolucji świata zwierząt i miało duże znaczenie w rozwoju badań z zakresu embriologii.

Świadectwa ewolucji z dziedziny biochemii i fizjologii

Badania w dziedzinie biologii molekularnej dostarczają licznych dowodów na istnienie związków ewolucyjnych i jedności świata organicznego. Czynności fizjologiczne są w ogólnym zarysie jednakowe dla całego świata organizmów żywych, jednocześnie różnorodność przebiegu tych procesów wiąże się z rozmaitością powstałych na drodze ewolucji gatunków i ich przystosowaniem do różnych środowisk.

- Dowody podobieństwa istot żywych w dziedzinie biologii molekularnej i fizjologii to:

• Organizmy żywe zbudowane są z tych samych pierwiastków, a ich procentowa zawartość w komórkach i płynach tkankowych organizmów jest zbliżona; podobnie kształtuje się procentowy udział wody. Stałość pierwiastków występujących w płynach fizjologicznych zwierząt oraz ich podobieństwo do wody oceanicznej świadczy nie tylko o jedności biochemicznej, ale również o tym, że pierwotne formy życia rozwinęły się w morzach.

• Uniwersalność kodu genetycznego.

• Biochemicznym podłożem dziedziczności są kwasy nukleinowe i proces biosyntezy białka.

• Wszystkie reakcje metaboliczne katalizowane są przez enzymy. Składnikami enzymów są koenzymy, np. ATP, NAD, NADP, FAD, witaminy.

• Badania sekwencji aminokwasów w białkach organizmów różnych gatunków ujawniły olbrzymie ich podobieństwo i pewne charakterystyczne różnice. Nawet daleko spokrewnione organizmy, jak człowiek i bakteria Escherichia coli, mają niektóre białka wspólne dla obu gatunków, np. cytochrom c - białko łańcucha oddechowego. W ciągu niezależnej ewolucji różnych organizmów mutacje spowodowały zamianę (substytucję) jednych aminokwasów innymi w różnych miejscach cytochromu c, w związku z tym obserwuje się zależność: im bardziej rozeszły się drogi ewolucyjne dwóch gatunków, tym większe są różnice w sekwencji aminokwasów wymienionego białka. U takich organizmów, jak: człowiek, małpa, królik, pingwin, grzechotnik, tuńczyk, mól stwierdzono, że 35 aminokwasów w łańcuchu cytochromu c jest jednakowych, w tym odcinek 11 aminokwasów, od 70 do 80, jest wspólny wszystkim organizmom. Cząsteczki cytochromu c różnią się w sekwencji aminokwasów u różnych gatunków, a na podstawie tych różnic można zbudować filogenetyczne drzewo wybranych kręgowców. Drzewo to wykazuje podobieństwo do klasycznego drzewa rodowego opracowanego na podstawie dowodów kopalnych czy morfologicznych.

Rys. Sposoby ustalania przebiegu ewolucji organizmów

Rys. Sposoby ustalania przebiegu ewolucji organizmów

• Budowa i funkcja porfiryn. Porfiryny stanowią ważne grupy prostetyczne wielu enzymów oraz budują chlorofil i hem w hemoglobinie, budowa tych związków jest bardzo podobna u wszystkich organizmów.

Rys. Hem, chlorofil

• W mięśniach zwierząt występuje substancja, której zadaniem jest regeneracja ADP do ATP (związek ten zużywa się w czasie ciągłej pracy mięśni), nazywa się fosfagen. U zwierząt bezkręgowych jest to fosfoarginina, a u kręgowców fosfokreatyna, natomiast u szkarłupni i przedstrunowców występują obydwa związki jednocześnie, co wskazuje na bliższe pokrewieństwo tych ostatnich z kręgowcami.

- W świecie roślin i zwierząt obserwuje się jedność procesów fizjologicznych:

• mitochondria we wszystkich komórkach eukariotycznych są identycznie zbudowane, nie ma różnic w przebiegu oddychania wewnątrzkomórkowego: glikoliza, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy,

• podziały komórek: amitoza, mitoza i mejoza,

• przewodzenie impulsów nerwowych,

• wrażliwość na bodźce,

• sposoby transportu przez błony komórkowe: bierny, wspomagany, aktywny,

• ruch organizmów: mięśnie lub rzęski i wici,

• wzrost, rozwój i różnicowanie się komórek,

• wydalanie, czyli usuwanie nadmiaru wody, jonów i szkodliwych produktów przemiany materii, synteza amoniaku, mocznika i kwasu moczowego u zwierząt.

Na podstawie podobieństw biochemicznych można wykazać pokrewieństwo zwierząt należących do węższych jednostek systematycznych, do tego celu służą próby serologiczne. Metody serologiczne pozwalają wykazać, w jakim stopniu białka różnych organizmów są ze sobą spokrewnione. Surowica krwi każdego kręgowca zawiera swoiste białka zakodowane w określonych genach. Stopień podobieństwa tych białek może być określony w reakcji antygen-przeciwciało. Porównując tą metodą białka surowicy, można się przekonać, że najbliższe pokrewieństwo łączy człowieka z małpami człekokształtnymi i kolejno małpami Starego Świata, małpami Nowego Świata, wyrakami i lemurami.

---