БИОЛОГИЧНА ЕВОЛЮЦИЯ: ТЕОРИИ, ПРОЦЕС, ДОКАЗАТЕЛСТВА И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В биологичната еволюция е промяна в свойствата на групи организми в хода на поколения. Групи организми от един и същи вид са известни като "биологични популации".

По същество съвременната неодарвинова теория за еволюцията казва, че еволюцията се състои в постепенна промяна на житейските форми. Той започна - вероятно - с молекула със способността да се възпроизвежда преди около 3,5 милиарда години.

Източник: chensiyuan

С течение на времето се появи разклонение на родове и се появиха нови и разнообразни видове. Механизмите за тази еволюционна промяна са естественият подбор и отклонението на гените.

Еволюционната биология се стреми да разбере произхода на биологичното разнообразие и как се поддържа. Тъй като тя е централна наука в биологията, тя обикновено се разглежда като обединяваща мисъл, която интегрира различните дисциплини на биологичните науки.

Това обединяващо свойство на еволюционната биология бе отбелязано в известната фраза на Теодосий Добжански: „в биологията нищо няма смисъл, освен в светлината на еволюцията“.

Днес еволюционната биология се радва на всички постижения в науката, което позволява реконструкцията на филогениите, използвайки многобройни молекулярни знаци и мощен статистически анализ.

Какъв е еволюционният процес?

Еволюцията е термин, произлизащ от латински корени evolvere, което се превежда като разгръщане или разкриване на скрит потенциал. Днес думата еволюция просто предизвиква промяна. Вероятно е част от ежедневния ни лексикон да се отнасяме за промените в даден обект или човек.

Биологичната еволюция обаче се отнася до промените в групите организми с течение на поколенията. Това общо определение на еволюцията се използва от Футуйма (2005). Важно е да се отбележи, че организмите като индивиди не се развиват, докато групи организми.

В биологията съвкупността от индивиди от един и същи вид, които съжителстват във времето и пространството, се нарича популации. За да може една промяна в популацията да се счита за еволюционна, тя трябва да се предава от едно поколение на друго чрез генетичен материал.

Научни теории за еволюцията

От незапомнени времена човешкото същество изпитва присъщо любопитство към произхода на живота и съществуването на огромното разнообразие, което органичните същества представят.

Тъй като британският натуралист Чарлз Дарвин (1809-1882) оказа значително влияние върху развитието на тази наука, ще разгледаме теориите, предложени преди и след неговия принос.

Преди Дарвин: креационизъм и неизменност на видовете

Преди Дарвин натуралистите и други учени се характеризираха с креационистко мислене относно произхода на видовете.

Бяха обработени есенциалистичните визии, при които всеки вид имаше неизменна същност и вариацията, която наблюдавахме в групата, се дължи само на несъвършенствата на битието. Това схващане се е обработвало по времето на Платон и Аристотел.

Време по-късно християните започнаха да тълкуват буквално пасажите от Библията, разбирайки, че органичните същества са създадени в едно събитие от свръхестествено образувание. Това схващане не позволи промени във видовете във времето, тъй като те са създадени при божествено съвършенство.

През 18 век целта на натуралистите е да опишат божествения план, който Бог е създал. Например, Линей положи основите на настоящата таксономия, като следва този ред на мисли.

По-късно това мнение беше оспорвано от различни мислители. Най-релевантната пред-дарвинистка теория за времето е формулирана от Жан Батист Ламарк. За него всеки вид е възникнал индивидуално чрез спонтанно поколение и е бил способен да „напредва“ или да се подобрява във времето.

Един от най-уместните принципи, установени от Ламарк, е наследяването на придобитите герои. Този натуралист вярваше, че различните черти, които придобиваме през целия си живот, могат да бъдат предадени на нашето потомство.

Например, според гледката на Ламаркян, културист, който работи усилено всичките си мускулни групи, трябваше да има деца с развити мускули. Същият принцип би се прилагал и при употреба на органи.

Приносът на Дарвин и Уолъс към еволюционната биология: естествен подбор

Името на Чарлз Дарвин се появява в повечето текстове от биологията, независимо от неговата специалност. Дарвин революционизира биологията и науката като цяло в невероятна степен - сравнима например с приноса на Нютон.

В младостта си Дарвин поддържал мисъл, вярна на библейските учения. Въпреки това, придружен от религиозна мисъл, Дарвин изрази интерес към природните науки, поради което се заобиколи с най-блестящите научни умове на момента.

Пътуването на Бигъл

Животът на Дарвин се обърна, когато в ранна възраст той започна пътуване на борда на HMS Beagle, британски кораб, който ще изследва различни региони на Южна Америка. След пътешествие, продължило няколко години, Дарвин наблюдава и събира огромно разнообразие от фауна и флора в Южна Америка.

Благодарение на оптималното си финансово положение Дарвин успя да посвети живота си изключително на работата си в биологичните науки. След обширни медитации - а също и лекции по икономика - Дарвин генерира теорията си за естествен подбор.

Естественият подбор е проста и мощна идея, като е важен еволюционен механизъм - макар и не единствен, както ще видим по-нататък.

Тази идея не беше изведена единствено от Дарвин. Млад натуралист на име Алфред Уолъс независимо излезе с много подобни идеи. Уолъс общува с Дарвин и двамата заедно представят теорията за еволюцията чрез естествен подбор.

Произходът на видовете

По-късно Дарвин представя своя шедьовър: „Произходът на видовете“, който разгръща подробно теорията си и със стабилни доказателства. Тази книга има шест издания, над които Дарвин работи през целия си живот.

Теорията за естествения подбор твърди, че ако има някаква полезна и наследствена промяна в популацията от индивиди, ще има диференцирано възпроизвеждане между притежателите на характеристиката. Те ще имат тенденция да генерират повече потомство, като по този начин увеличават честотата на чертата в популацията.

Освен това Дарвин предлага и общо потекло: всички видове са се разминавали в еволюционно време от общ прародител. По този начин всички органични същества могат да бъдат представени в голямото дърво на живота.

След Дарвин: неодарвинизъм и синтез

Веднага след публикуването на „Произходът“ избухна голяма полемика сред най-важните учени на онова време. С течение на годините обаче теорията постепенно се приемаше.

Имаше биолози, които никога не приемаха дарвининските идеи, така че те генерираха собствени еволюционни теории, днес почти напълно дискредитирани. Примери за това са нео-ламаркизъм, ортогенеза и мутационизъм.

Между 30-те и 40-те всички анти-дарвинистически теории бяха отхвърлени с появата на еволюционния синтез. Това се състоеше от обединението на дарвинистките идеи с приноса на поредица от генетици и палеонтолози като Фишър, Халдейн, Майр и Райт.

Синтезът успя да обедини еволюционните теории с правилни генетични принципи, тъй като една от трудностите, които Дарвин трябваше да изпита по време на работата си, беше невежеството на гените като частици от наследствеността.

Доказателство за еволюцията: само теория?

Днес биологичната еволюция е факт, подкрепен от стабилни и изобилни доказателства. Въпреки че биолозите не се съмняват във верността на процеса, в ежедневието чуваме, че еволюцията е "просто теория" - с пейоративни конотации.

Това неразбиране произтича от факта, че терминът "теория" има различни значения в науката и в ежедневието. За повечето хора една теория е несигурно предсказване на факт, характеризиращ се със слаба основа. За един учен теорията е тяло от съгласувани и правилно структурирани идеи.

Следвайки този ред на идеи, можем да заключим, че еволюцията е факт и има механизми, които да го обяснят, като теорията за естествения подбор. Най-забележителните доказателства за еволюционния процес са следните.

Homology

Два процеса или структури са хомоложни, ако посочената черта е наследена директно от общ прародител. В еволюционната биология хомологията е основен момент, тъй като те са единствените характеристики, които ни позволяват да реконструираме връзките между потомци и прародители между групите.

Морфологични хомологии

Много известен пример за хомология са костите на крайниците на тетраподите. Нека вземем три животни, които се различават по начина си на движение, за да разберем защо хомологията е стабилно доказателство за еволюционния процес: хора, китове и прилепи.

Тези три групи споделят основен структурен план в предните крайници, защото са го наследили от общ прародител. Тоест, предшестващ тетрапод е имал плетеница, последвана от радиус и улна и накрая серия от фаланги.

Няма функционална причина три животни с толкова различен начин на живот да споделят един и същи план на костите в крайниците си.

Ако животът беше замислен, няма причина да се изгради воден, летящ и сухоземен организъм със същия план. Нито един инженер - колкото и неопитен да не създаде летящ и плувен организъм по същия начин.

Най-логичният начин да се обясни това е чрез общо потекло. И тримата наследиха този структурен план от прародител и претърпяха адаптивните модификации, които виждаме днес: крила, перки и оръжие.

Молекулярни хомологии

Хомологиите не се ограничават до анатомични особености на живо същество. Те могат да бъдат доказани и на молекулярно ниво. Генетичната информация на живите същества се съхранява в ДНК и се превежда под формата на триплети: три нуклеотида съответстват на една аминокиселина.

Универсална молекулярна хомология е четенето на този генетичен код, тъй като почти всички органични същества споделят този език - въпреки че има много специфични изключения.

Записът на изкопаемите

Когато Дарвин предлага своята теория за естествения подбор, той твърди, че всички постепенни преходни форми не присъстват в записа на изкопаемите, защото е непълен. За разлика от тях противниците на дарвинистките идеи виждат прекъсването на записа като доказателство срещу теорията.

Трябва да помним, че процесът на фосилизация на органично същество е малко вероятно събитие, съчетано с вероятността един образец да бъде намерен в добро състояние. Поради тези причини в записа на изкопаеми са представени по-малко от 1% от всички форми, които някога са живели.

Въпреки това са открити много добре запазени вкаменелости, които служат като „прозорец към миналото“. Един от най-известните е Archeopteryx. В този вкаменелост се открояват междинните характеристики между влечуго и птица. По същия начин имаме няколко фосили на хоминид, които ни позволиха да реконструираме еволюцията на хората.

Предложени са някои алтернативни теории за обяснение на прекъсването на регистъра, като например теорията за пунктуираното равновесие.

биогеография

Въпреки че еволюцията е подкрепена от доказателства от много клонове на знанието, биогеографията убеди Дарвин във верността на еволюционния процес.

Разпределението на живите организми на планетата Земя не е еднородно и много аспекти на този модел могат да бъдат обяснени от еволюционната теория - а не от специалната хипотеза за създаване.

Когато изследваме фауната на океанските острови (изолирани елементи, които никога не са имали контакт с континенталната част), установяваме, че видовият състав е много особен. Например това може да се види на острови, разположени в Северния Атлантически океан, наречени Бермудските острови.

Гръбначните (без морски) местни в района са много малко, предимно птици, мигриращи прилепи и гущери. Някои от тези видове показват значителна връзка с фауната на Северна Америка. Други от своя страна са ендемични за острова и не се срещат в никой друг регион.

Този модел на разпространение е съвместим с еволюционните процеси, тъй като районът е специално колонизиран с животни, способни да летят и да разпръскват големи разстояния.

Еволюция в действие: пример за еволюция

Друго недоразумение в еволюционната биология е, че е свързано с изключително бавен процес.

Въпреки че е вярно, че за да получим сложни адаптации като мощни челюсти или очи с отлично зрение, би трябвало да изчакаме няколко милиона години, има определени еволюционни процеси, които можем да наблюдаваме със собствените си очи в сравнително кратък период от време.

По-нататък ще анализираме случая с молеца Biston betularia като пример за еволюция в действие. По-късно ще говорим за резистентност към антибиотици и пестициди, друг пример за еволюция, който можем да наблюдаваме за кратко време.

Индустриален меланизъм и

Един от най-ярките примери в еволюционната биология е индустриалният меланизъм. Това явление е документирано по време на индустриалната революция и успява да установи връзка между различията в оцветяването на мола от Бистон бетулария и замърсяването на местообитанието му.

Молецът има две морфологии: една светла и една тъмна. Преди заразяването доминиращият вариант е бил лекият молец, вероятно защото е кацнал върху леката кора на бреза и може да остане незабелязан от потенциални хищници - птици.

С настъпването на индустриалната революция замърсяването се увеличава до значителни нива. Кората на дърветата започна да придобива все по-тъмен цвят и това породи промяна в честотите на светлите и тъмните варианти на молците.

Тъмният молец за известно време беше доминиращият вариант, тъй като можеше по-добре да се скрие в почернената кора.

Впоследствие бяха приложени програми за почистване на околната среда, които помогнаха за намаляване на замърсяването на околната среда. Благодарение на ефективността на тези програми, дърветата започнаха да възвръщат първоначалния си характерен цвят.

Както можем да предположим, честотата на молците се промени отново, като ясният вариант беше доминиращият. По този начин, еволюционният процес е документиран в период от 50 години.

Механизми на еволюцията

Биологичната еволюция е процес, който включва два етапа: генериране на вариацията и след това диференциално възпроизвеждане на вариантите, или чрез естествен подбор, или чрез генетичен дрейф. Поради тази причина термините естествен подбор и еволюция не трябва да се използват взаимозаменяемо - защото не са.

От гледна точка на популационната генетика, еволюцията е промяната на алелните честоти във времето в рамките на популацията. По този начин силите, които променят алелните честоти, са селекция, дрейф, мутация и миграция.

Естествен подбор

Както споменахме по-рано, най-големият принос на Дарвин в биологията беше да предложи теорията за естествения подбор. Това е силно погрешно тълкувано и изкривено от медиите, свързвайки го с грешни фрази като: "оцеляване на най-добрите".

Условия за естествен подбор

Естественият подбор е проста идея, с великолепни резултати. Ако една система отговаря на следните характеристики, тя ще се развива - неизбежно - чрез естествен подбор:

Приложения за еволюционна биология

Еволюционната биология има редица приложения, както за медицината, селското стопанство, природозащитната биология, така и за други дисциплини.

Лекарство

Теорията на еволюцията е съществена наука в областта на медицината. Например, тя ни позволява да прогнозираме резултата от безразборната употреба на антибиотици за лечение на инфекциозни заболявания.

Когато прилагаме антибиотик ненужно или не завършим медицинско лечение, ще премахнем нерезистентните варианти, но резистентните индивиди ще увеличат честотата си в бактериалната популация.

В момента въпросът за бактериалната резистентност към повечето антибиотици е тема от глобален интерес и безпокойство. Повишаването на осведомеността за употребата на антибиотици е един от начините за намаляване на това усложнение.

Например, бактерията Staphylococcus aureus е често срещана в операционните и причинява инфекции при пациенти по време на операции.

Днес бактериите са напълно резистентни към редица антибиотици, като пеницилин, ампицилин и сродни лекарства. Въпреки че са създадени нови антибиотици, които да го противодействат, лекарствата са по-малко и по-малко ефективни.

Кризата на съпротивата е един от най-драматичните примери за еволюция, който можем да наблюдаваме със собствените си очи, така че служи и като доказателство за еволюционния процес.

Земеделие и животновъдство

Същият еволюционен принцип може да бъде екстраполиран към използването на пестициди за елиминиране на вредители, при култури със значително икономическо значение. Ако един и същ вид пестицид се прилага дълго време, ще благоприятстваме увеличаването на устойчивите варианти.

По същия начин фермерите се стремят да получат „най-добрите“ животни, които увеличават максимално производството (на мляко, месо и др.). Тези ранчо подбират хората, които намират за най-полезни в практически план. С течение на поколенията хората все повече приличат на желаното от хората.

Този процес на изкуствена селекция прилича на естествения подбор по отношение на диференциалния репродуктивен успех. С забележителната разлика, че в природата няма селекция.

Природозащитна биология

По въпросите на опазването разбирането на явления като „задръствания“ и намаляването на фитнеса, причинено от инбридинг, позволява да бъдат избегнати и да се генерират планове за опазване, които увеличават годността и поддържат населението „здравословно“.

Препратки

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Биология: наука и природа. Pearson Education.
2. Дарвин, С. (1859). За произхода на видовете чрез естествена селекция. Мъри.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Еволюционен анализ. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Evolution. Sinauer.
5. Зала, БК (Ред.). (2012 г.). Хомология: Йерархичната основа на сравнителната биология. Академична преса.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Интегрирани принципи на зоологията. McGraw-Hill.
7. Kardong, KV (2006). Гръбначни: сравнителна анатомия, функция, еволюция. McGraw-Hill.
8. Климан, РМ (2016). Енциклопедия на еволюционната биология. Академична преса.
9. Losos, JB (2013). Ръководството на Принстън към еволюцията. Princeton University Press.
10. Рийз, Дж.Б., Ури, Лос Анджелис, Кейн, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Кембъл Биология. Пиърсън.
11. Райс, SA (2009). Енциклопедия на еволюцията. Издаване на база данни
12. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Биология: Динамичната наука. Нелсън образование.
13. Солер, М. (2002). Еволюция: основата на биологията. Проект Юг.
14. Starr, C., Evers, C., и Starr, L. (2010). Биология: концепции и приложения без физиология. Учене в Cengage.
15. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Хомоплазия: от откриване на модел до определяне на процеса и механизма на еволюцията. Science, 331 (6020), 1032-1035.