Ewolucja - co to jest, sławni ewolucjoniści, dowody ewolucji

Obecnie na Ziemi żyje około 1,5 miliona gatunków organizmów eukariotycznych, a także wiele gatunków bakterii i sinic. Pewne gatunki są do siebie podobne, inne różnią się znacznie. Od dawna ludzie stawiali sobie pytanie: czy było tak zawsze, czy też życie powstawało na Ziemi najpierw w postaci bardzo prostych jednokomórkowych organizmów, a następnie-stopniowo-jako organizmy coraz bardziej złożone, z których wreszcie wykształcił się człowiek.

Taki proces powstawania coraz to nowych, często bardzo złożonych organizmów nazywamy ewolucją.
Astronomowie i astrofizycy uważają obecnie, że ciała niebieskie również podlegają ewolucji: różne układy gwiezdne powstają, zmieniają się, a niektóre z nich także zapewne zanikają. Obliczają oni, że Słońce naszego Układu Słonecznego powstało około 15 miliardów lat temu w wyniku wielkiego wybuchu, który rozproszył poprzednio bardziej skupioną materię. Odrywające się pod wpływem sił odśrodkowych zewnętrzne masy materii wytworzyły następnie wokół Słońca planety, w tym również Ziemię. Była ona pierwotnie kulistym nagromadzeniem gazów i pyłów o bardzo wysokiej temperaturze.

Potem Ziemia stygła, na jej powierzchni uformowała się skalista skorupa, woda zaczęła się skraplać, powstały oceany i stopniowo zaczęła się wytwarzać atmosfera ziemska. Można obecnie dość dokładnie ustalić wiek najstarszych skał na powierzchni Ziemi przez badanie występowania w nich produktów rozpadu pierwiastków radioaktywnych, jak np. różnych izotopów ołowiu powstających w wyniku rozpadu atomów uranu. Najstarsze skały znajdujące się na Ziemi powstały 3,8 miliarda lat temu.

W miarę jak powstawały morza, tworzyły się skały osadowe i w nich znaleziono szczątki organizmów.
Najstarsze z nich znaleziono w skałach liczących około 2,8-3 miliardów lat. Są to jednokomórkowe twory przypominające kształtem współcześnie żyjące bakterie. Ciągle poszukuje się starszych szczątków organicznych. Ostatnio znaleziono w jeszcze starszych skałach osadowych sprzed 3,5-3,4 miliardów lat, pierwsze ślady form żywych.

Można przyjąć, że mniej więcej 3-3,5 miliarda lat temu powstały pierwsze prakomórki. Fakt ten rozpoczął długi okres, trwający ponad dwa miliardy lat, gdy życie koncentrowało się tylko w wodach w postaci bardzo prostych organizmów. Były one zbliżone do współczesnych bakterii i sinic. Budowa komórek prokariotycznych jest prymitywna, gdyż nie mają one jądra komórkowego oddzielonego od cytoplazmy błoną jądrową, a cała ich informacja genetyczna jest zawarta w jednej, kolistej cząsteczce DNA. Nie można w nich wyodrębnić także organelli komórkowych, takich jak mitochondria czy chloroplasty. W tym wczesnym okresie ewolucji powstały prawdopodobnie i prakomórki typu eukariotycznego zawierające typowe jądra komórkowe i wyspecjalizowane organelle. Ten długotrwały i złożony okres ewolucji ginie całkowicie w pomroce dziejów. Historię ewolucyjną organizmów możemy więc podzielić na długi okres początkowy- prehistoryczny okres prekambryjski, słabo udokumentowany szczątkami kopalnymi oraz-zaczynający się od kambru-okres historyczny. Pochodzące z niego liczne szczątki kopalne organizmów dają zdecydowanie lepsze poparcie teorii ewolucji.

Dziś uważamy ewolucję organizmów żywych na Ziemi za fakt prawie oczywisty, choć nie we wszystkich szczegółach wyjaśniony. Nie zawsze jednak tak było. Do końca XVIII w. panował powszechnie pogląd, że tyle jest gatunków istot żywych, ile zostało stworzonych przez Boga na początku świata. Karol Linneusz, twórca tak zwanego systemu naturalnego świata żywego uważał, że rolą biologów jest po prostu rozpoznanie i opisanie wiecznie istniejących gatunków i nadanie im nazwy gatunkowej i rodzajowej. Był to etap ważny i konieczny dla uporządkowania wiedzy o żywych organizmach.

Niektórzy myśliciele greccy, jak Anaximander czy Empedokles, już w czasach starożytnych zwracali uwagę na możliwość przekształcania się jednych gatunków w inne. Jednak dopiero w wieku XIX idea ewolucji została postawiona jako hipoteza naukowa. Termin ewolucja wprowadził do biologii Ch. Bonnet (1764) na określenie rozwoju osobniczego organizmów (ontogeneza). Jednym z pierwszych twórców teorii o ewolucji był biolog francuski Jan Baptysta Lamarck, który w swym dziele Filozofia zoologii ogłoszonym w roku 1809 rozwinął koncepcję, że jedne gatunki mogą przekształcać się w inne i że bardziej złożone organizmy powstały z prostszych w sposób ewolucyjny. Zaobserwował on, że organizmy są przystosowane do warunków środowiska, w którym żyją i przyjął założenie, że zachodzące w organizmach zmiany wywołane czynnikami środowiska zostają po pewnym czasie dziedzicznie utrwalone i mogą się utrzymać, nawet gdy na organizm te czynniki środowiskowe już nie działają. Lamarck zakładał, że ewolucja zachodzi z „wewnętrznego dążenia organizmów do samodoskonalenia”. Ten teoretyczny mechanizm ewolucji jest nazywany dziedziczeniem cech nabytych. Idea Lamarcka nie znalazła oddźwięku ani uznania wśród współczesnych mu biologów, Lamarck w swym dziele nie podał bowiem żadnych dowodów doświadczalnych na jej poparcie. Dziś, kiedy poznaliśmy naturę informacji genetycznej zawartej w DNA, jest sprawą oczywistą, że dziedziczenie cech nabytych, tak jak to powiedział Lamarck, nie zachodzi w naturze.

Właściwym twórcą idei ewolucji w biologii był słynny biolog angielski Karol Darwin. Wydał on w roku 1859 dzieło zatytułowane O pochodzeniu gatunków drogą doboru naturalnego. Dopiero to dzieło ugruntowało ideę ewolucji w biologii, która po wstępnych oporach została ostatecznie przyjęta przez olbrzymią większość biologów. Darwin w swojej pracy przedstawił nie tylko wszystkie swoje doświadczenia i obserwacje wskazujące na istnienie ewolucji, ale także zgromadził liczne dane z różnych dziedzin popierające tę ideę. Poza samym pojęciem ewolucji wprowadził on do nauki po raz pierwszy zasadę doboru naturalnego jako głównego mechanizmu zmian ewolucyjnych w organizmach żywych.

Darwin współpracował blisko ze swoim przyjacielem, wybitnym geologiem Charlesem Lyellem, który poczynił ogromną liczbę obserwacji wskazujących na różnice w budowie szczątków kopalnych zwierząt znalezionych w różnych pokładach geologicznych.

Dzieło Karola Darwina wskazuje, że w obrębie gatunków mogą tworzyć się odrębne rasy i odmiany, z których z czasem powstają nowe gatunki, lepiej przystosowane do warunków, w których żyją. Procesy te zachodzą w wyniku dziedzicznej różnorodności i zmienności organizmów w obrębie jednego gatunku. Nowe cechy, o ile są korzystne w danych warunkach bytowania, stwarzają lepsze szanse przeżycia dla ich posiadaczy. Określenie szansa przeżycia ma w ewolucji nieco inne znaczenie niż w mowie potocznej. W ewolucji przeżycie oznacza nie jak najdłuższe życie danego osobnika, ale wydanie przezeń potomstwa. W ten sposób jego geny są przekazywane następnym pokoleniom. Dobór naturalny powoduje więc preferowanie osobników lepiej przystosowanych i stopniową eliminację tych o mniej korzystnym wyposażeniu genetycznym.

Pod koniec XIX w. A. Weismann wykazał, że cechy nabyte w trakcie rozwoju osobniczego nie są przekazywane potomstwu i twierdził, że jedyną siłą ewolucyjną jest dobór naturalny (neodarwinizm). Gdy na przełomie XIX i XX w. w badaniach nad mechanizmem ewolucji zwrócono uwagę na rolę mutacji oraz ponownie odkryto prawa Mendla, uznano, że skokowe zjawianie się nowych cech dziedzicznych jest najważniejszym, a nawet jedynym mechanizmem ewolucji (mutacjonizm). W połowie XX w. dalszy rozwój genetyki przyczynił się do powstania kierunku zwanego ewolucjonizmem syntetycznym, łączącego ze sobą w spójny system klasyczny darwinizm, Weismanowski neodarwinizm i prawa genetyki. Podstawową tezą syntetycznego ewolucjonizmu jest twierdzenie, że wszystkie zjawiska ewolucji to efekt interakcji genetycznych sił ewolucyjnych (dobór naturalny, dryf genetyczny) i środowiska życia populacji lub gatunków.

Współcześnie toczą się wśród ewolucjonistów spory dotyczące powszechności i znaczenia adaptacji, roli mutacji pozbawionej wartości przystosowawczej, mechanizmu różnicowania się gatunków na gatunki potomne (specjacja), stopniowości przemian ewolucyjnych (gradualizm) oraz specyfiki zjawisk makroewolucji.

Czym są skamieniałości?

Skamieniałością jest każdy odcisk lub fragment organizmu, żyjącego w czasach prehistorycznych. Skamieniałościami są między innymi zawarte w skałach szczątki muszli morskich oraz kości i zęby dawnych ssaków. Są nimi również delikatne kształty zatopionych w bursztynie owadów i wielobarwne kawałki skamieniałego drewna, a nawet odciski łap dinozaurów rozrzucone na obszarach nieistniejących już błotnistych równin.

Najstarsze znane skamieniałości to odciski żyjących ponad 3 miliardy lat temu mikroskopijnych glonów i bakterii, do najmłodszych zaś należą zamrożone zwłoki mamutów, które żyły jeszcze w arktycznej tundrze przed kilkunastu tysiącami lat.

Cała nasza wiedza o różnorodności roślin i zwierząt, rozwijających się na ziemi w minionych tysiącleciach, pochodzi właśnie z badań skamieniałości. Paleontolodzy, czyli badacze prehistorycznych form życia, potrafią zidentyfikować skamieniałości zawarte w kolejnych warstwach skał. Dowiadują się z nich bardzo wiele o historii stale zmieniającego się życia na ziem

Jak powstają skamieniałości?

Skamieniałości powstają najczęściej w wyniku szybkiego zagrzebania zwierzęcia lub rośliny w osadach, zazwyczaj pod wodą. Miękkie części organizmów szybko ulegają rozkładowi, ale twarde części, kości czy muszle pozostają. W pewnych przypadkach te sztywne struktury zachowują niemal nie naruszoną postać. Częściej jednak znajdujące się w nich otwory i puste przestrzenie częściowo bądź całkowicie wypełniają osady mineralne pochodzące z przesiąkających wód gruntowych i struktury te przekształcają się w kamień. W skamieniałym drewnie materia organiczna może zostać zastąpiona - cząsteczka po cząsteczce - przez substancje mineralne, głównie krzemionkę. Świetnie zachowane są wówczas słoje przyrostu rocznego, a nawet struktura komórkowa.

Inny sposób powstawania skamieniałości polega na tym, że pierwotna struktura ulega całkowitemu rozpuszczeniu, pozostawiając w skale otwór lub odcisk naturalnej wielkości, zachowujący wiernie kształt oryginału. Czasem wypełniają go inne substancje, tworząc odlew.

Liście i inne bardzo cienkie struktury zostawiają ślad w postaci odcisków. Mogą też podobnie jak zwierzęta o miękkim ciele, zostać zachowane w formie warstewek węgla o kształcie oryginału. Szczególnie piękne są zachowujące masę drobnych szczegółów skamieniałe liście paproci.
Czego możemy się dowiedzieć ze skamieniałości? Skamieniałości dostarczają wielu danych o rozwoju ziemskiego życia. Zawarte w różniących się wiekiem skałach skamieniałe organizmy stanowią ilustrację jego rozwoju w różnych okresach geologicznych. Mówią one również wiele o historii samej Ziemi. Skamieniałe muszle morskie znajdowane wysoko w Andach są dowodem gwałtownych ruchów skorupy ziemskiej zachodzących w przeszłości, zaś szczątki palm na Grenlandii świadczą o tym, że klimat był tam kiedyś zupełnie inny niż obecnie. Skamieniałości są bezpośrednim dowodem ewolucji organizmów; mają doniosłe znaczenie dla nauk biologicznych i geologicznych, zwłaszcza skamieniałości tak zwane przewodnie (organizmów żyjących na rozległych obszarach, lecz krótko) w stratygrafii.