Ewolucja

Zmienność może mieć podłoże genetyczne (cechy wrodzone) lub środowiskowe (cechy nabyte). Dla ewolucji decydujące znaczenie ma zmienność o podłożu genetycznym - zmienność dziedziczna (genetyczna).

*Zmienność biologiczna-jest to zmiana w wyglądzie wew. I zew. Osobników należących do populacji jednogatunkowych.

*Zmienność ciągła - dotyczy zmian ilościowych - zbiór osobników, charakteryzuje się wyst. największej liczby cech pośrednich. Cechy krańcowe wyst. W małych ilościach.

*Zmienność nieciągła - osobniki różnią się cechami - zbiór osobników takiej grupy łatwo podzielić na klasy, brakuje osobników w cechach pośrednich.

*Rekombinacja - wynika z tworzenia nowych kombinacji istniejących odmian genów (alleli). Dzieje się tak w czasie powstawania kom. Rozrodczych oraz w/w zapłodnienia.

*Mutacje - polegają na trwałej zmianie w mat. gen. i mogą dotyczyć różnych poziomów organizacji mat. gen. Mutacje dot. Poj. genu zachodzą w obrębie chromosomu, mutacje dot. całego zestawu chromosomów osobnika.

DZIEJE MYŚLI EWOLUCYJNEJ:

Arystoteles - teoria stałości form i dynamiki życia.

Teoria Cuviera (koniec XVIII w. - nie był zwolennikiem ewolucji, wprowadził teorię katastrof tłumaczącą istnienie szczątków wymarłych org. Po każdej katastrofie, a było ich kilka, życie odradzało się na nowo.

Teoria Lamarcka - podał pierwsza rozbudowana teorię ewolucji i hipotezę powstania życia na ziemi. "Ewolucja jest procesem jednostopniowym. Zmiana w budowie org. Zachodzi na skutek ich własnego wysiłku - do wew. Dążności do doskonalenia się. Przyczyna zmian w org. Jest wpływa środowiska". Podał on prawa ewolucji:

1. Każdy narząd pod wpływem używania doskonali się i rozwija a pod wpływem nie używania uwstecznia się i zanika.

2. Nabyte w ten sposób cechy dziedziczą się o ile są wspólne dla obu płci.

Teoria ewolucyjna Darwina - był twórca podstaw współczesnego ewolucjonizmu. Naj. Praca - "O powstawaniu gatunków droga doboru naturalnego czyli o utrzymaniu się doskonalszych ras w walce o byt". Odbył podróż dookoła świata, w/w jej stwierdził istnienie różnorodności i zmienności organizmów pod wpływem środw.

GŁÓWNE ZAŁOŻENIA TEORII DOBORU NAT.:

Dobór nat.=selekcja nat. Organizmów, jest to przezywanie najlepiej przystosowanego organizmu.

Dobór nat. Opiera się na 4 przesłankach:

1.Nadprodukcja (nadmierna rozrodczość) - liczba wydanego na świat potomstwa każdego gat. Jest znacznie większa niż liczba osobników osiągających zdolność do reprodukcji.

2. Zmiennośc w potomstwie wyst. Różnice miedzy osobnicze.

3. Współzawodnictwo - org. Konkurują ze sobą o ograniczone dostępne dla nich zasoby.

4. Przeżyć aby się rozmnożyć - osobniki odznaczające się najkorzystniejszymi cechami maja największą szanse przeżycia i reprodukcji.

Proces doboru powoduje wzrost liczby korzystnych i spadek liczby niekorzystnych genów populacji. Taka populacja staje się lepiej przystosowana do miejscowych warunków. Po pewnym czasie zmiany te kumulują się w populacjach geogr. Od siebie oddalonych i mogą spowodować powstanie nowego gatunku.

Ewolucja - jest następstwem zmian frekwencji alleli w puli genów populacji. Pula ta zmienia się na skutek występowania dryfu gen., migracji, selekcji, mutacji, nielosowego kojarzenia.

*Dryf gen. - powstawanie losowych zmian ewolucyjnych w małej, rozmnażającej się populacji. Jest to wpływ przypadku np. wskutek zmian środowiska, ograniczenia zasobów pokarmowych, kolonizacji wysp oceanicznych. Kolonizatorzy przenoszą ze sobą niewielka grupę losowa allei z macierzystej populacji. Populacja jest początkowo na tyle mała ze może nastąpić dryf gen., efekt założyciela. Populacje mogą różnic się od wyjściowej.

Główna i podstawowa przyczyna ewolucji jest dobór nat.

*Dobór nat. - różnica w przeżywalności i zdolności do wydawania potomstwa miedzy osobnikami różniącymi się od siebie jakimiś cechami. D.N. wprowadza pewien porządek wśród zmienności genotypowej populacji, prowadzi do utrwalenia nowych form, adaptacji do nowych środowisk.

RODZAJE DOBORÓW:

- stabilizujący = selekcja stabilizująca - warunkiem działania tego doboru jest długotrwała stabilność srod. Faworyzuje on w pop. Formy typowe nie odbiegające od średniej np., noworodki o przeciętnej wadze maja większa szanse przeżycia, jaskółki o przeciętnej budowie lepiej przeżywają burze.

- kierunkowy - faworyzuje w populacji fenotypy o cechach skrajnych. Pojawiają się wtedy gdy warunki srod zmieniają się np., melanizm przemysłowy (dominują motyle o ciemnych barwach)

- różnicujący (rozwijający) faworyzuje fenotypy ekstremalne. Prowadzi to do dywergencji czyli wydzielenia w obrębie pop. Odrębnych grup osobników.

- faworyzujący heterozygotę - anemia sierpowata choroba wyst. W Afryce równikowej i na bliskim wschodzie. Homozygoty umierają w dzieciństwie, heterozygoty maja krwinki normalne i zmieniona, ale są one odporne na najbardziej śmiertelna formę malarii. Występuje wyższość selekcyjna heterozygoty

- sztuczny selekcja która przeprowadzają hodowcy

POWSTAWANIE GATUNKOW SPECJACJA

*gatunek biologiczny - to grupa org. Mniej lub bardziej zróżnicowanych zdolnych do krzyżowania się ze sobą lecz nie z przedstawicielami innych org. Miedzy gat. istnieje izolacja reprodukcyjna.

MECHANIZMY IZOLACJI BIOLOGICZNEJ - ograniczają przepływ genów miedzy gat. czy rożnymi pop. W obrębie gat.

I Izolacja prezygotyczna- zapobiega zapłodnieniu

- mechaniczna - różnice w org. Rozrodczych

-gametyczna- niezgodność gamet

- niezgodność gamet -

- izolacja sezonowa - gat. rozmnażają się w rożnych porach roku

- izolacja ekologiczna - gat zamieszkują rożne środowiska

- izolacja etologiczna- inne formy zachowania godowego

II Izolacja postzygotyczna- upośledzenie potencjału reprodukcyjnego

- obumieranie zarodków - obniżona żywotność mieszańców

- bezpłodność mieszańców np. mul (klacz + osioł)

- depresja mieszańcowa - mieszance międzygatunkowe są płodne lecz ich potomstwo nie przezywa lub jest bezpłodne

RODZAJE SPECJACJI:

Izolacja geogr. Gromadzi odmienna mutacje, może doprowadzić do specjacji allopatrycznej. Specjacja allopatryczna - jest to powstawanie nowych gat. populacji izolowanych przestrzennie; przyczyna np. wypiętrzenie się gór

Specjacja sympatryczna - jest to powstawanie nowych gat. populacji nie izolowanych przestrzennie; przyczyna - izolacja rozrodcza (są to bariery utrudniające lub uniemożliwiające krzyżowanie się nowych gatunków.)

PRAWIDLOWOSCI EWOLUCJI

1. ewolucja jest postępowa - ewolucja realizuje postęp biologiczny. Dzisiejsze org. Sa postępowe, gdyż są lepiej przystosowane do środowiska

AROMORFOZA - polega na osiągnięciu przez szereg org. Określonych zespołów cech, które podnoszą ich organizacje i czynności życiowe na nowy znacznie wyższy poziom np. pojawienie się struny grzbietowej, kręgosłupa, różnicowanie się budowy serca, pojawienie się szczek i mózgu.

IDIOADAPTACJA - przystosowanie org. Do bytowania w ściśle określonym srod. Opanowanym uprzednie na skutek aromorfozy. Jest to specjalizacja grupy org. Np. po wyjściu kręgowców na lad wśród płazów pierwotnych wyodrębniły się grupy które przystosowały się do życia w drobnych zbiornikach wodnych np. żaby, traszki.

2. Ewolucja jest nieodwracalna- organizm ani jego całość, ani nawet jego cześć nie może powrócić do stanu który istnial u szeregu jego poprzedników np. walenie powróciły do środowiska wodnego, nie przekształciły się w ryby

3. Ewolucja jest różnokierunkowa

RADIACJA ADAPTATYWNA - jest wielokierunkowa tzn. ssaki występują: w powietrzu, na ladzie, w ziemi, w wodzie.

DYWRGENCJA - rozchodzenie się cech np. ryby (skrzydlica, najeżka) maja rożne cech w rożnych warunkach (glebinowe, przybrzezne)

KONWERGENCJA - zbieżność cech, 2 rożne gat. maja cos wspólnego ze sobą np. biały kolor zwierząt polarnych, żółty zw pustynnych

4 ewolucja jest procesem historycznym zachodzi w określonym czasie: miara tempa ewolucji jest przekształcenie się jednego gat lub rodzaju w drugi np. przekształcenie rodzaju koniowatych, ewolucja mięczaków 70 mln. Lat, pojawienie się brytyjskiej odmiany jeleni 7.7 tys lat

TYPY EWOLUCJI:

- mikroewolucja - zmiany na poziomie gatunku

- makroewolucja - powstanie np. rzędów rodzin, rodzajów, szczepów, gromad

- megaewolucja - powstanie kręgowców, roślin nago i okrytonasiennych

BIOGENEZA
1.Koncepcje pochodzenia życia na Ziemi:

I kreacjonizm - mówi o Bogu stwórcy

II samorództwo - życie powstaje ciągle z martwej materii np. szczury z brudu, koncepcje te obalił Pasteur w swoim doświadczeniu

II panspermii - życie przybyło na ziemie z kosmosu w postaci anabiotycznych przetrwalnych form jakiś org.

IV ewolucji - życie na ziemi powstało w/w ewoluowania materii

Współcześnie uważa się ze ziemia powstała ok. 5 mld lat temu, a życie na niej ok. 3,5 mld lat temu. Pierwsze org. Były heterotrofami, następnie powstały autotrofy homosyntetyzujace, później dopiero fotoautotrofy które po redukcji CO2 wykorzystywały wodór pochodzący z rozkładu H2S. Najstarsze skamieniałości to sinice - fotoautotrofy wykorzystujące do fotosyntezy wodór tak jak rośliny zielone. Org. eukariotyczne powstały ok. 1,5 mld lat temu.

BIOGENEZA

Biogeneza – pochodzenie życia
Rosyjski uczony w 1926 roku – Oparin opracował swoją teorię. Nie została ona odrzucona, ani potwierdzona. Wiele współczesnych badań potwierdza niektóre założenia tej teorii ewolucji.
Mówi się, że powstawanie życia na ziemi dokonywało się powoli, z materii martwej i nie było dziełem przypadku, ani celowym procesem.
Ewolucję przedstawia się jako przejście od związków nieorganicznych, przez związki organiczne do białka – podłoża życia.
Mówi się, że ziemia istnieje ok. 4,5 – 5 mld lat. Powstawała z pyłków kosmicznych, które były wynikiem wybuchu kosmosu.
10 mld lat temu świetlista kula wybuchła. Materia poruszała się ruchem odśrodkowym i opadała. Po pewnym czasie ostygła i wytworzył się atomy różnych pierwiastków : Hel i Wodór.
Słońce to gwiazda powstała 5 – 10 mil lat temu. Na skutek sił grawitacji nastąpiło szerzenie materii słonecznej i wytworzenie ogromnej ilości ciepła. Przyczyniło się to także do wytworzenia innych pierwiastków, na podłożu wodoru i helu
Materia pochodząca z kosmosu ulegała zagęszczeniu :
- metale ciężkie np. nikiel, żelazo – wytworzyły jądro ziemi
- metale średnie – płaszcz ziemi
- metale najlżejsze – okrywę ziemi
Pierwotna atmosfera składała się z wodoru i helu. Potem zanikła. Początkowo ziemia była zimna. Gdy materia zagęszczała się, następowała akumulacja ciepła i jego powiększeni się. To powodowało rozpad różnych substancji radioaktywnych i wyzwolenie ciepła na zewnątrz. Ciepło pochodziło też z wybuchów termojądrowych. Temu towarzyszyło też wydzielanie gazów, które łącząc się z pierwiastkami z atmosfery –powodowały powstawanie pary . To wszystko powodowało , że drobne pierwiastki łączyły się ze sobą i powstawały większe np. CO2, Azot, woda w postaci pary, amoniak, siarkowodór, metan. Kolejne rozżarzona Ziemia ochładzała się. Opady deszczu spadające na Ziemię powodowały wyżłobienie głębin, które następnie wypełniały się wodą tworząc zbiorniki wodne.

Towarzyszą temu etapy ewolucji:
EWOLUCJA CHEMICZNA – aby zaszła musi być brak tlenu, dopływ energii (ze słońca, wybuchu wulkanów) i występowanie pierwszych prostych substancji chemicznych spowodowały powstanie H2O i soli mineralnych, ok. 4,5 – 5 mld lat temu
Ukształtowani się układów nadcząsteczkowych – EWOLUCJA MOLEKULARNA: niewielkie cząsteczki – monomery łączyły się w polimery, co doprowadziło do powstania protodiontów. Istniało coś w rodzaju biologicznego doboru naturalnego, z czym wiąże się też powstanie związków organicznych. Oparin mówił o mikrosferach protodiontów (lizosomy – protodionty z lipidów, konserwaty patoalionty z 2 cząst. organicznych (białka) – to już formy żywe
EWOLUCJA BIOLOGICZNA (organizmalna) – przejście od protodiontów do komórek żywych; powstanie pierwszej komórki eukariotycznej i tzw. stromatolitów. Stromatolity to wzgórza, które powstały z osadów. Na te osady składały się protobianty, sinice przykryte osadami. Sinice sprzed 2,5 mld są takie same jak obecnie
EWOLUCJA KOMÓREK odbywa się na zasadzie wielu etapów:
replikacja molekularna: mówi się, że RNA było pierwszą cząsteczką informacyjną, do powstawania pierwszej komórki. Białko i DNA pojawiły się później, ale kiedy nie wiadomo. RNA istniało w rybosomach, które były cząsteczkami do powstania cząstek białka. Nie wiadomo jak powstał kod genetyczny i jak makromolekuły zostały pokryte błoną oddzielającą je od środowiska (ciałka zieleni, mitochondria i inne). Makromolekuły łączyły się ze sobą, korzystały z siebie, do dwóch dochodziły inne i zostały otoczone wspólną błoną komórkową, ale nie wiadomo jak. Metabolizm, który istniał przed miliardami lat, zachodził tak jak obecnie. Badania laboratoryjne potwierdziły powstawanie prostych białek. Prawdopodobnie pierwsze organizmy jakie były, to poza sinicami (autotrofy) – heterotrofy. Mówi się, że powstały nawet wcześniej niż sinice. Mówi się także, że między heterotrofami mogły zajść mutacje i powstać komórki lepiej przystosowane do życia w środowisku. Gdy sinice żyły (3-4 mld lat temu) to uwolniły one bardzo dużą ilość tlenu do wody i do atmosfery. Tlen spowodował, że część heterotrofów bakteryjnych wyginęło. Niektóre heterotrofy nauczyły się pozyskiwać w obecności tlenu energię – z utleniania substancji pokarmowych i te przetrwały. Wpływ tlenu i CO2 spowodował, że zaczęły się silniej rozwijać inne autotrofy – glony o bardzo prostej, jednokomórkowej budowie. Jak wytworzyła się u glonów ściana komórkowa nie wiadomo. Opracowano teorię endosymbiantów : mitochondria, centroplasty, wici i inne mogły powstać w wyniku współzależności między dwoma organizmami. Gdy 2 organizmy połączyły się razem, mogły współżyć i w takiej postaci przetrwać.

Biogeneza, doświadczenie Millera i Oparina
Biogeneza-atmosfera była redukująca (brak tlenu). Zawierała takie gazy jak: wodór, metan, siarkowodór, tlenek i dwutlenek węgla, parę wodną. Gazy pierwotnej atmosfery pochodziły z wnętrza ziemi i wydobywały się dzięki erupcjom wulkanicznym W tym okresie często burze i silne wyładowania atmosferyczne, intensywne wyładowani UV Doświadczenie Millera- w 1953 Miller stworzył komorę w której zamknięta była mieszanina gazów. Poddawał ją działaniom wyładowań elektrycznych. Po zakończeniu doświadczenia stwierdził obecność wielu zw. organicznych Pierwotna atmosfera była prawdziwą fabryką, której zw. organiczne gromadziły się w pierwotnym oceanie Doświadczenie Oparina- W 1924 Oparin badał zachowanie mieszaniny białek i węglowodanów w wodzie, stwierdził że powstają z nich pęcherzyki, które nazwał koacerwatami, miały one zdolność wybiórczego pobierania i magazynowania, różnych substancji. Zanim wyczerpały się zw. org. Mogły zdarzyć się mutacje w wyniku których powstały organizmy mające zdolność czerpania energii ze słońca. Były to pierwsze org (samożywne). Wzrost stężenia tlenu powodował łączenie się cząsteczek w ozon, a później dopiero ustalił się obecny skład atmosfery
Dobór naturalny – jest to główny czynnik ewolucji org, którego Działanie sprawia że spośród różniących się genetycznie osobników populacji przeżywają i pozostawiają potomstwo tylko Najlepiej przystosowane
I selekcja stabilizująca-faworyzuje fenotypy pośrednie a eliminuje skrajne- masa urodzeniowa dziecka
II selekcja kierunkowa- wypiera jeden fenotyp przez drugi pod wpływem warunków środowiska
III selekcja rozdzielająca- faworyzuje fenotypy skrajne a eliminuje pośrednie- upodobnienie węży niejadowitych do jadowitych

Porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych

1. Komórka prokariotyczna:
Charakteryzuje się brakiem jądra komórkowego. DNA znajduje się w pewnym rejonie cytoplazmy, nie oddzielony od niej błoną. Cząsteczki DNA w większości komórek prokariotycznych są koliste i połączone z niewielką ilością białek.
Komórki prokariotyczne są to komórki małe (wymiary rzędu kilku mikrometrów).
Są to komórki bakterii.

2. Komórka eukariotyczna
Charakteryzuje się obecnością jądra komórkowego, utworzonego przez linowe DNA (z wolnymi końcami) otoczone przez dwie błony śródplazmatyczne (otoczkę jądrową). DNA eukariotyczny tworzy kompleks z dużą ilością białek
Poza jądrem, komórki eukariotyczne mają wiele rejonów oddzielonych błonami od cytoplazmy (mitochondria, chloroplasty, siateczka śródplazmatyczna).
Są to komórki zwierząt, roślin, grzybów i protistów. Ich rozmiary to zazwyczaj kilkanaście do kilkudziesięciu mikrometrów, ale niektóre z nich osiągają rozmiary nawet do kilku centymetrów (jaja ptasie).

Nie wszystkie komórki bez jądra komórkowego to komórki prokariotyczne -> erytrocyty tracą jądro podczas dojrzewanie, przez co NIE STAJĄ SIĘ komórkami prokariotycznymi.

3. Porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych:

Struktura Kom. prokariotyczna Kom. eukariotyczna

Ściana komórkowa Obecna Brak u zwierząt i niektórych protistów
Błona komórkowa Obecna Obecna
Jądro komórkowe Brak Obecne
Chromosomy Koliste DNA, niewielka Liniowe DNA połączone
ilość przyłączonych białek z licznymi białkami
Mitochondria Brak Obecne
Chloroplasty Brak Obecne w komórkach fotosyntetyzujących
Siateczka śródplazmatyczna Brak Zwykle obecna
Rybosomy Obecne Obecne
Aparat Golgiego Brak Obecny
Lizosomy Brak Obecne
Wakuole Brak Obecne u roślin, grzybów i niektórych protistów
Cytoszkielet Brak obecny