10 zasad ewolucji.doc

10 zasad ewolucji

Lawinę prawdy może uda się przejściowo zahamować, ale nigdy przecież nie uda się jej zatrzymać.
Karol Darwin

Szkocki filozof - David Hume uważany jest za twórcę najpełniejszej koncepcji nurtu filozoficznego zwanego empiryzmem. Mówi on, że całe nasze poznanie może opierać się jedynie na tym, co doświadczyliśmy za pomocą naszych zmysłów. Dalsza obróbka wrażeń przez mózg nie daje już gwarancji na pełne odzwierciedlenie rzeczywistości. Przytoczmy przykład człowieka i czarnego kota, który przebiegł temu pierwszemu drogę. Okazuje się, że tego samego dnia człowiekowi temu przytrafiło się wiele rzeczy, których wolałby uniknąć. Szukając winnego poza sobą, znajduje on ofiarę w postaci czarnego kota widzianego rano. Jego mózg dokonuje jednego z kilku rodzajów obróbek zwanego uogólnianiem. Powstaje idea : „Czarne koty przynoszą pecha”. Jest ona powszechnie uważana za przesąd, co w niczym nie obniża jej popularności. Widzimy więc, że uogólniona pojedyncza obserwacja może prowadzić do błędnych poglądów na świat. Nauka stara się więc unikać obserwacji, które byłyby niepowtarzalne. Doświadczenie trzeba przeprowadzić wiele razy i jeśli za każdym razem da ono taki sam wynik, możemy mówić o pewnej regularności. Problem polega jednak na tym, że doświadczeń jest zawsze ograniczona liczba, a regularność w postaci prawa lub teorii jest ogólna, to znaczy dotyczy wszystkich zjawisk danego rodzaju, nie tylko tych które doświadczyliśmy. I w tym miejscu Hume protestuje. Uważa on, że nie ma pewności, że prawo spełnione dotychczas zawsze i w każdym przypadku będzie spełnione. Ogólne prawa są tylko wytworem naszego umysłu. One poza nami, w przyrodzie nie istnieją, gdyż tam mamy do czynienia z pojedynczymi zdarzeniami. Humizm jest więc nurtem równie trudnym co mocnym. Nie sposób go obalić, gdyż w tym celu trzebaby przeprowadzić nieskończoną liczbę doświadczeń, których dane prawo dotyczy i to w każdym czasie. Jest to oczywiście zadanie niewykonalne. Humizm ze swoimi antyogólnymi wnioskami staje się bardzo antynaukowy, a przez to nie do przyjęcia. Teorie i prawa w historii nauki po prostu sprawdzały się dla pewnej klasy zjawisk i były ewentualnie wypierane przez lepsze, bo obowiązujące w ich szerszym zakresie. Nikt ich więc nie odrzucał i odrzucać nie będzie nawet, jeśli ich budowanie wydaje się nie do końca uzasadnione z filozoficznego punktu widzenia.
Spróbujmy więc teraz wyciągnąć kilka ogólnych wniosków z zakresu ewolucji biologicznej:

1) Ewolucja nie planuje.

Allele w trakcie swojej ewolucji kierują się swymi doraźnymi korzyściami, a nie projektują organizmów „z myślą” o tym, co będzie dla nich dobre w przyszłości. Dobrym przykładem jest tu tzw. meiotic distorter (allel zaburzający mejozę).
Jest to allel szybko rozprzestrzeniający się w puli genetycznej myszy i na krótką metę odnoszący ogromne korzyści. Jak to się dzieje ? Zwykle każdy allel trafia tylko do połowy gamet organizmu diploidalnego, gdyż drugą połowę zajmuje allel na chromosomie homologicznym. Distorter działa tak, że ogranicza przejście innego allelu do gamet sam zajmując nawet 95 % z nich. Liczba jego kopii szybko więc rośnie. Wzrasta w związku z tym liczba homozygot pod względem tego allelu, gdyż ich liczba rośnie do kwadratu frekwencji allelu. Homozygoty mają jednak słabą przeżywalność i wraz z nimi giną kopie distortera. Jego udziały w puli drastycznie obniżają się. Gdyby allel ten wiedział jaka katastrofa czeka go w przyszłości, z pewnością zaplanowałby swoją ewolucję z uwzględnieniem ograniczonego wzrostu liczby kopii. Jednak nie zrobił tego, gdyż ewolucja nie gwarantuje mu posiadania takich umiejętności. Wszystkie allele, których efekt fenotypowy jest taki, jakby wiedziały one co jest dla nich na dłuższą metę dobre, długo trwają. One jednak też niczego nie planują. Po prostu przypadek zrządził, że takie są i to gwarantuje im długotrwały sukces.

2) Ewolucja zazwyczaj nie tworzy rozwiązań optymalnych.

W rozwiązaniach konstrukcyjnych człowieka jest kilka takich, które na pierwszy rzut oka wydają się absurdalne. Połączenie dróg oddechowych z pokarmowymi odziedziczone jeszcze po rybach trzonopłetwych grozi zakrztuszeniem. Szczątkowy i zbędny wyrostek robaczkowy jest źródłem poważnych stanów zapalnych. Wyprostowana postawa doprowadziła do rozwoju mięśniowych przepon, które wspomagają miednicę w podtrzymywaniu trzewi, lecz znacznie utrudniają poród. W sposób wręcz empiryczny zasadę tę sprawdziła przyroda. Żyjące w Anglii wiewiórki nie były optymalne w swojej niszy. Okazało się, że istnieją wiewiórki lepsze. Amerykański gatunek wiewiórek szarych ma enzymy rozkładające toksyny żołędzi, dzięki czemu może żywić się nimi zimą. Wiewiórki szare niemal wyparły już rodzime brytyjskie wiewiórki.
Absurdalne rozwiązania konstrukcyjne wynikają z faktu, że ewolucja nie planuje, a organizmy są zlepkiem powstałym wskutek doraźnych korzyści alleli. To, co było dla nich korzystne w pokoleniu n odziedziczone i występujące w pokoleniu (m+n) może mieć negatywne działanie.
Rozwiązania ewolucyjne nie są więc zazwyczaj optymalne, lecz są :

·         stabilne

·         mogą trwać jako jedyne, gdyż nie ma lepszego rozwiązania (np. człowieka bez wyrostka robaczkowego) i trwają dopóki się ono nie pojawi

.

3) Ewolucja jest nieodwracalna.

Stwierdzenie to stanowi treść prawa Dollo. Znaczy to tyle, że każda zmiana w ewolucji nie może być całkowicie odwrócona ze względu na śladowe prawdopodobieństwo takiego zdarzenia. Obserwujemy jednak przystosowania potomków do środowiska podobnego, w jakim żyli ich dalecy przodkowie. Są to tzw. przystosowania wtórne. Nie są one identyczne z tymi, które już wcześniej zaistniały. Ewolucja ich nie pamięta i tworzy je ponownie, choć nie dokładnie takimi, jakie były (bo przecież nigdzie informacja o przeszłych strukturach nie mogła być przechowana). Na przykład delfiny i wieloryby mają opływowy, rybi kształt, płetwy piersiowe i ogonowe. Nie są to rozwiązania identyczne z tymi u dalekich przodków - ryb. Te mają bowiem łuski, więcej rodzajów płetw, a płetwa ogonowa ustawiona jest u nich pionowo, a nie poziomo.

4) Ewolucja zazwyczaj nie tworzy nowych rozwiązań de novo (zaczynając „od zera”).

Znaczy to, że powstają one przez modyfikację struktur już istniejących, co wiąże się z nabyciem nowych funkcji. Przykładem może być tutaj skrzydło ptaka, które powstało na bazie kończyny przedniej gada. Skrzydła więc, przeciwnie niż aniołom, nie wyrosły ptakom zupełnie niezależnie, lecz powstały przez modyfikację jednej z kończyn. Szczęka dolna i kostki słuchowe u ssaków to zmodyfikowane łuki skrzelowe występujące u bezżuchwowców - organizmów bardziej prymitywnych od ryb (I i II łuk). Tarczyca to zmodyfikowany endostyl - narząd służący niższym strunowcom (bezczaszkowce, osłonice) do pobierania pokarmu.
Ciekawych przykładów dostarcza tutaj nauka o zachowaniu – etologia. Młode szakale trącają pyskiem pyski swoich rodziców w celu uzyskania pokarmu. Na bazie zachowania towarzyszącemu karmieniu powstał rytuał powitania w obrębie monogamicznej pary szakali. Osobniki te trącają się pyskami. Podobnie jest u afrykańskich, dzikich psów – likaonów. Czasami zachowanie ewolucyjnie młodsze pozostaje jako jedyne na ewolucyjnej scenie, podczas gdy to pierwotne, macierzyste, zanika. Gest powitania u kukułek to trącanie się dziobami powstałe najprawdopodobniej z gestu przekazywania pokarmu. Wszyscy natomiast wiemy że współczesne kukułki nie karmią potomstwa, gdyż jajka swe podrzucają innym ptakom. U szympansów obserwuje się przekazywanie potomstwu pokarmu z ust do ust przez matki. Behawior dotykania się ustami już bez przekazywania pokarmu występuje przy powitaniu osobników dorosłych. Takie jest też pochodzenie ludzkiego pocałunku.
A oto inne przykłady. U pawianów i makaków obserwuje się zwracanie tylnych części ciała w kierunku osobnika dominującego. Jest to tzw. prezentacja. Dokonują tego zarówno samice jak i podporządkowane samce. Nie jest to jednak zachowanie seksualne, choć z takiego powstało. U pewnej ryby o nazwie pielęgnica barbancka behawior godowy posłużył także do hamowania agresji wewnątrz grupy samic i samców. Samiec indyjskiego nietoperza – kaląga dotyka sutków samicy tuż przed kopulacją. Jest to zachowanie pochodzące od karmienia potomstwa, a ma na celu uspokoić , „udobruchać” samicę. U naszego rodzimego nietoperza – podkowca, młode przywierają do drugiej pary sutków matki. Sutki te nie produkują już mleka, lecz służą wyłącznie celom transportowym. Przykładów tutaj można mnożyć. Ogólnie jednak widać, że zachowania związane z rozrodem lub karmieniem potomstwa często wykorzystywane są do regulowania stosunków wewnątrz społeczności.

5) Ewolucja przebiega zazwyczaj przez kumulację drobnych zmian.

Rzadko występują w niej duże skoki powodujące powstanie „obiecujących potworów” z nowymi planami budowy, dla których trzeba tworzyć jednostki taksonomiczne wyższej rangi. Dobór kumulatywny, stopniowy może tworzyć formy, których powstanie jednym skokiem jest bardzo mało prawdopodobne. Wystarczy założyć stopniowość zmian oraz możliwość replikacji i selekcji zawsze najlepszego rozwiązania.

6) Jednostką ewolucji jest zazwyczaj allel, jednostką selekcji - osobnik.

Przy rozmnażaniu płciowym, w wyniku rekombinacji zachodzącej w komórkach macierzystych komórek płciowych podczas mejozy, rozbijana jest kombinacja alleli charakterystyczna dla osobnika rodzicielskiego.
W konsekwencji potomstwo ma zupełnie nowy zestaw połowy chromosomów matki i ojca. Większość organizmów rozmnaża się płciowo, więc w większości przypadków tylko allel może być jednostką ewolucji. Gdyby nie było crossing over, jednostkami ewolucji mogłyby być całe chromosomy. Z 2n chromosomów przez ich losowe łączenie może powstać 2 x 2 x 2.... i tak n razy, czyli 2n rodzajów gamet. Przy ich łączeniu może powstać maksymalnie 2n x 2n = 22n rodzajów genomów. Jest to dość duża zmienność, lecz mniejsza od tej, jaką gwarantuje dodatkowa rekombinacja. Poza tym nie znaleziono dotychczas gatunku, w którym przynajmniej jedna płeć nie miałaby aktywnych genów crossing over. Są to więc rozważania czysto teoretyczne. Chromosomy nigdy nie są jednostkami ewolucji.
W przypadku rozmnażania bezpłciowego, którego wynikiem jest powstawanie osobników potomnych o identycznym materiale genetycznym jednostką ewolucji może być cały zestaw alleli czyli genom.
Jednostką selekcji jest niepowtarzalny zazwyczaj osobnik. Liczy się liczba wydanego przezeń potomstwa, a w interesie każdego ewoluującego allelu leży umiejscowienie swych kopii w jak największej liczbie potomków.

7) Ewolucja przebiega zazwyczaj w kierunku większej złożoności.

Nie oznacza to, że ewolucja nie zachowuje form prostszych. Wspólnym przodkiem wszystkich żyjących i nieżyjących obecnie organizmów była pojedyncza komórka. Ewolucja doprowadziła do powstania z niej tak skomplikowanych organizmów jak współczesne ssaki. Ich historia liczy ok. 225 mln lat. Współcześnie istnieją jednak też jednokomórkowe bakterie, przypominające bardzo swych przodków sprzed 3 mld lat. To co jest bardziej złożone nie oznacza więc, że jest lepsze, gdyż te mniej złożone też trwają. Bardzo często oznacza natomiast, że jest ewolucyjnie młodsze.

8) Ewolucja tworzy najpierw rozwiązania niewyspecjalizowane, później powstają rozwiązania szczegółowe.

W układzie immunologicznym człowieka istnieje stara ewolucyjnie alternatywna droga dopełniacza. Jest to zestaw białek, które potrafią zniszczyć wszystko, co nie jest komórką gospodarza. Później w ewolucji pojawiły się przeciwciała - białka, które pomagają w selektywnym niszczeniu każdego konkretnego antygenu. Układ oparty na przeciwciałach jest jednak tak skomplikowany, że nie mógłby powstać bez osłonięcia przez wcześniejsze, ogólne i mało wyspecjalizowane rozwiązanie.
A oto przykład z makroświata:
65 mln lat temu gatunki ssaków były prymitywne i mało wyspecjalizowane. W czasie swojej ewolucji doszło do rozwoju tak wyspecjalizowanych grup ssaków jakimi są: drapieżne, parzystokopytne czy walenie. To zjawisko jest powszechne i nazywa się radiacją adaptatywną.

9) W ewolucji zawsze chodzi o przetrwanie, nie o monopolizację.

Stabilne istnienie ewoluujących obiektów danego typu, będących jakimś ułamkiem totalnej ich liczby bierze się z faktu, że obiekty ewoluujące mogą być powiązane zależnościami, które zaprzeczają monopolizacji. W ich interesie jest istnienie jeszcze innych rodzajów obiektów, gdy też od innych zależy ich sukces ewolucyjny. W ewolucji chodzi bowiem zawsze tylko o przetrwanie, nie o całkowite wyparcie innych ewoluujących obiektów. Ewolucja biosfery to nie wielkie przedstawienie, które ma się zakończyć pozostaniem na scenie tylko jednego zwycięskiego rodzaju obiektu niczym w szekspirowskim dramacie, gdzie pozostaje tylko sufler. Liczy się tylko trwanie, a większym sukcesem ewolucyjnym jest trwanie w kilku kopiach przez 1000 lat, niż trwanie we wszystkich 1000 kopiach przez jeden rok, aby w następnym roku zupełnie zaniknąć.

10) Ewolucja gatunku ma pewne odbicie w rozwoju osobniczym.

Sformułowane przez E. Haeckla prawo biogenetyczne (reguła Haeckla) mówi, że ontogeneza (rozwój osobniczy) jest krótkim odtworzeniem filogenezy (całej ewolucji gatunku).
Prawo to przyjęte w całkowitej, kategorycznej formie jest błędne. Prawdą jest natomiast fakt, że w rozwoju osobniczym często przewijają się elementy charakterystyczne dla przodków ewolucyjnych w sposób chronologiczny. Zarodek człowieka w swym rozwoju rozwija szczeliny skrzelowe, które z czasem zarastają (→ ryby), błony między palcami, które zanikają (→ płazy) i szczątkowe owłosienie (→ naczelne). Larwalna forma motyla - gąsienica przypomina pierścienice - typ do którego zapewne należał wspólny przodek owadów. Kijanka przypomina rybę – bo do gromady ryb należał przodek płazów. I tym podobne.
Reguła Haeckla nie może jednak być ścisła, gdyż mówimy tylko o pewnych elementach konstrukcyjnych, charakterystycznych dla organizmów wcześniejszych w ewolucji. Innymi słowy nie oznacza to, że zarodek człowieka najpierw jest rybą, potem płazem, a zanim stanie się człowiekiem musi przejść przez fazę małpy.