Powstawanie nowych gatunków

GATUNEK ? zbiór organizmów, które mogą się swobodnie krzyżować, dając płodne potomstwo (mają wspólną pulę genową) i są izolowane rozrodczo od innych takich grup.

Ernes Mayr założył, że poszczególne gatunki są izolowanymi od siebie pulami genowymi. Oznacza to, że osobniki należące do danego gatunku mają możliwość krzyżowania się i wydawania na świat płodnego potomstwa. Gatunki są rozbite najczęściej na wiele mniej lub bardziej izolowanych populacji, ale podział ten nie wyklucza możliwości wymiany genów pomiędzy nimi. Jeśli do takiej wymiany nie dochodzi, to jedynie ze względu na istnienie barier zewnętrznych (np. geograficznych). Za pulę genową gatunku można uznać sumę pul genowych wszystkich wchodzących w jego skład populacji. Stanowi ona odrębną jednostkę, izolowaną od puli genowych innych gatunków.
Wymiana (przepływ) genów pomiędzy odrębnymi gatunkami nie jest możliwa ze względu na istnienie wewnętrznych barier rozrodczych o różnym charakterze. Uniemożliwiają one zapłodnienie, prawidłowy rozwój zarodka, płodność powstałego w wyniku krzyżówki potomstwa.
Organizmy żywe rozmnażające się bezpłciowo tworzą klony.
Różne populacje danego gatunku mogą, w zależności od środowiska, w jakim się różnicowały, odbiegać od siebie pod względem częstości genów i różnorodnych, warunkowanych przez nie cech. Dopóki jednak zachowują zdolność krzyżowania się, nie mogą być traktowane jako odrębne gatunki. Jeśli poszczególne populacje znacznie się od siebie różnią, wyodrębnia się je jako osobne rasy, odmiany lub podgatunki. Takie zróżnicowanie w obrębie gatunku nosi nazwę zróżnicowania wewnątrzgatunkowego i jest jednym z etapów na drodze powstawania nowych gatunków.
Do powstawania nowego gatunku dochodzi, gdy któraś z populacji w obrębie gatunku wyjściowego oddali się pod względem genetycznym tak bardzo, że dojdzie do wytworzenia wewnętrznej bariery rozrodczej między nią a pozostałymi populacjami. Bariera ta początkowo może być niezupełna i polegać np. jedynie na zmniejszeniu płodności mieszańców pomiędzy formą nowo powstałą a formą wyjściową. Np. niedźwiedź polarny.
SPECJACJA jest to powstawanie nowych gatunków. Wyróżnia się 3 typy specjacji:
1. SPECJACJA ALLOPATYCZNA ? zachodzi na skutek istnienia zewnętrznej bariery izolującej od siebie poszczególne populacje. Ma charakter geograficzny, np. morze, łańcuch górski, pustynia. Izolowane populacje z czasem zaczynają się coraz bardziej miedzy sobą różnić ze względu na odmienne warunki środowiska przyrodniczego, w jakim przyszło im żyć, a także z powodu nagromadzenia różnych mutacji. W końcu dochodzi do powstania wewnętrznej bariery rozrodczej, która stanowi konsekwencję zwiększenia się różnic genetycznych pomiędzy populacjami. Model ten można odnaleźć w różnicowaniu się wielu gatunków wyspowych lub żyjących w izolowanych siedliskach wodnych (np. w bezodpływowych jeziorach)
2. SPECJACJA SYMPATYCZNA ? nie wymaga istnienia geograficznych barier izolacyjnych. Jeśli dana populacja zasiedla teren bardzo zróżnicowany pod względem wyróżnicowania się w jego obrębie kilku subpopulacji eksploatujących różne siedliska ( np. korzystających z różnego pokarmu, żyjących na różnych wysokościach). Subpopulacje te stopniowo specjalizują się i kontakty pomiędzy nimi stają się znacznie rzadsze niż kontakty miedzy osobnikami w obrębie poszczególnych subpopulacji. Dobór naturalny może spowodować ?rozerwanie? początkowo jednolitej populacji na kilka różnicujących się subpopulacji.
3. SPECJACJA SKOKOWA ? polega na nagłym wykształceniu wewnętrznej bariery izolacyjnej, nie wymaga istnienia żadnych barier zewnętrznych. Jej przyczyny mogą być różne, ale głównie mają charakter rozległych mutacji chromosomowych. Głównym powodem może być poliploidyzacja, czyli powstawanie osobników o zwiększonej liczbie kompletów chromosomów. Jeżeli w obrębie normalnej, diploidalnej (2n) populacji pojawi się osobnik poliploidalny to będzie on izolowany rozrodczo od reszty macierzystej populacji. W wyniku krzyżowania z osobnikami diploidalnymi będzie bowiem wytwarzał triploidalne (3n) mieszańcowe potomstwo, niezdolne do rozrodu płciowego. Nieparzysta liczba kompletów chromosomów uniemożliwia mieszańcom prawidłowy przebieg mejozy. Np. u roślin.
Powstawanie nowego gatunku zależy od wielu czynników, m.in.:
- Bariery zewnętrzne
- Wielkość populacji
- Warunki środowiskowe
- Częstość i charakter zmian genetycznych.
Czynniki te mają wpływ na tempo przemian ewolucyjnych.

Dryf genetyczny
Ważnym czynnikiem wpływającym na tempo i charakter przemian ewolucyjnych jest wielkość populacji. Pula genowa małych, izolowanych populacji może podlegać stosunkowo szybkim i głębokim zmianom nie tylko na skutek działania doboru naturalnego, ale i wielu zjawisk o zupełnie przypadkowym charakterze. W małej populacji przypadkowa śmierć jakiegoś osobnika może wpłynąć częstość alleli w jej obrębie. Przypadkowe zdarzenie może doprowadzić w mało licznej populacji do eliminowania lub utrwalenia określonego alleli. Dryf genetyczny jest to zjawisko przypadkowej zmiany całości alleli. Przyczyną dryfu może być losowa eliminacja pewnych, rzadko występujących w niewielkiej populacji genotypów. Może być również spowodowany pojawieniem się jakiejś korzystnej mutacji. W małej populacji mutacja ta ma znacznie większe szanse na szybkie rozprzestrzenienie się i utrwalenie niż w dużej.
Ilustracją działania dryfu może być tzw. efekt założyciela, który polega na tym, że populacje potomne wywodzące się z dużej, zróżnicowanej populacji macierzystej mogą bardzo różnić się od niej częstością genów, pod warunkiem, że wywodzą się od niewielkie liczby migrujących osobników.
Innym mechanizmami ewolucyjnymi, których działanie nie zależy od doboru naturalnego, są np. preferencje w krzyżowaniu, nielosowa segregacja chromosomów w mejozie, przepływ genów pomiędzy populacjami i mutacje. Mogą one wpływać na charakter i kierunek zmian ewolucyjnych. Nie zmienia to jednak faktu, że dobór naturalny stanowi podstawową siłę ewolucji.

Podstawowe właściwości przemian ewolucyjnych
Nieodwracalność ewolucji ? występuje, gdy przemiany ewolucyjne mają charakter nieodwracalny. Wynika to z tego, że składa się na nie tysiące drobnych, po części losowych zmian następujących w określonym porządku. Prosty powrót do stanu poprzedniego nie jest możliwy, bo wymagałoby dokładnego odwrócenia procesów ewolucyjnych (zajścia ich w odwrotnym porządku). Np. nie jest możliwe, aby kręgowce lądowe zasiedlające środowiska wodne (np. ssaki morskie ? delfiny, wieloryby) zmieniły się w ryby. Zachowają one odmienny plan budowy, odziedziczony po swoich bezpośrednich lądowych przodkach.
Konwergencja ? działające w określonym środowisku naciski selekcyjne, które prowadzą do zmian ewolucyjnych uniemożliwiających optymalne dostosowanie się (adaptację) organizmów do warunków życia. Pewne rozwiązania ewolucyjne mają charakter uniwersalny ? bo istnieje ograniczona liczba konstrukcji ?sprawdzających się? w danych warunkach. Powoduje to, ze różne grupy organizmów wykształcając podobne przystosowania do określonych warunków środowiska przyrodniczego.
Nierównomierne tempo ewolucji ? dowodzą tego dane paleontologiczne. W niektórych okresach geologicznych było ono duże, a w innych mniejsze. Czynniki, które wpływają na tempo ewolucji to: szybkość i zakres zmian warunków środowiska oraz stopień rozwoju grup konkurencyjnych. Ta ostatnia przyczyna decydowała np. o szybkiej ewolucji gadów w erze mezozoicznej, gdy nie miały jeszcze na lądzie konkurentów, i jej spowolnieniu w okresach późniejszych. Radiacja adaptacyjna to zjawisko silnego, szybkiego rozwoju jakiejś grupy organizmów. Polega ona na tworzeniu wielkiej liczby wariantów podstawowego planu budowy, przystosowanych do różnorodnych warunków. Grupy podlegające temu procesowi charakteryzują się zróżnicowaniem form. W erze mezozoicznej istniała radiacja adaptatywna gadów, a obecnie ssaków, ptaków i niektórych owadów.
Ewolucja filetyczna to powolne, jednokierunkowe zmiany ewolucyjne, zachodzące przez długi czas. Sprzyja jej stosunkowa duża stabilność środowiska. Ten typ ewolucji miał miejsce w przypadku niektórych grup morskich bezkręgowców (np. mięczaków).
Wymieranie gatunków i ich grup ? gatunki stanowią jednostkę stosunkowo trwałą, ale nie są nieśmiertelne ? ulegają zagładzie lub dają początek innym gatunkom (innemu gatunkowi). Główną przyczyny wymierania gatunków są liczne katastrofy naturalne, np. wzmożona aktywność wulkaniczna, szybkie zmiany klimatu.
Mikroewolucja ?typ ewolucji, prowadzącej do niewielkich modyfikacji już istniejącego planu budowy. Makroewolucja ? pojawienie się większych zmian ewolucyjnych. W wyniku jej działania wyodrębniają się wyższe jednostki systematyczne, tj. rodzina, rząd, gromada, typ, królestwo.
Problem celowości i postępowości ewolucji ? dobór naturalny nie podlega na realizacji jakiś celów. Chociaż w wielu przypadkach jego długotrwałe działanie doprowadziło do znacznej komplikacji budowy i czynności organizmów, ale nie było to celem działania doboru. Skoro zjawiska ewolucyjne nie mają celowego charakteru, to trudno mówić o postępowości ewolucji.