Evolúció - Evolution

Az evolúció a biológiai populációk öröklődő tulajdonságainak változása az egymást követő generációk során . Ezek a jellemzők azoknak a géneknek a kifejeződései , amelyeket a szülőktől az utódok felé továbbítanak a szaporodás során . A mutációk , a genetikai rekombináció és a genetikai variációk más forrásai miatt minden populációban különböző jellemzők léteznek . Az evolúció akkor következik be, amikor az evolúciós folyamatok, például a természetes szelekció (beleértve a szexuális szelekciót ) és a genetikai sodródás hatnak erre a variációra, ami azt eredményezi, hogy bizonyos jellemzők gyakoribbá vagy ritkábbá válnak egy populáción belül. A körülmények, amelyek meghatározzák, hogy egy jellemzőnek közösnek vagy ritkának kell -e lennie egy populáción belül, folyamatosan változnak, ami az öröklődő jellemzők változását eredményezi az egymást követő generációk során. Ez az evolúciós folyamat hozta létre a biológiai sokféleséget a biológiai szervezet minden szintjén , beleértve a fajok , az egyes szervezetek és molekulák szintjét is .

A természetes szelekcióval történő evolúció tudományos elméletét Charles Darwin és Alfred Russel Wallace önállóan alkotta meg a 19. század közepén, és részletesen kifejtette Darwin A fajok eredetéről című könyvében . A természetes szelekcióval történő evolúciót először az a megfigyelés bizonyította, hogy gyakran több utód születik, mint amennyi túlélni képes. Ezt három megfigyelhető tény követi az élő szervezetekkel kapcsolatban: (1) a tulajdonságok morfológiájuk, fiziológiájuk és viselkedésük tekintetében különböznek az egyének között ( fenotípusos eltérések ), (2) a különböző tulajdonságok eltérő túlélési és szaporodási arányokat biztosítanak (differenciális alkalmasság ), és ( 3) a tulajdonságok generációról generációra továbbadhatók ( a fitnesz örökölhetősége ). Így az egymást követő generációkban a populáció tagjait nagyobb valószínűséggel helyettesítik a szülők utódai , olyan kedvező tulajdonságokkal, amelyek lehetővé tették számukra, hogy fennmaradjanak és szaporodjanak saját környezetükben . A 20. század elején az evolúció más versengő elképzeléseit, mint például a mutációt és az ortogenezist , cáfolták, mivel a modern szintézis összehangolta a darwini evolúciót a klasszikus genetikával , amely megállapította , hogy az adaptív evolúciót a természetes szelekció okozza, amely a mendeli genetikai variációra hat .

A Földön minden életnek van egy közös univerzális őse (LUCA), amely körülbelül 3,5–3,8 milliárd évvel ezelőtt élt. A fosszilis rekordok közé tartozik a korai biogén grafitról a mikrobiális szőnyegfosszíliákra való átmenet a fosszilis többsejtű organizmusokká . A biológiai sokféleség meglévő mintáit az új fajok ismétlődő képződései ( specifikáció ), a fajokon belüli változások ( anagenezis ) és a fajok elvesztése ( kihalás ) alakították ki a földi élet evolúciós története során . A morfológiai és biokémiai tulajdonságok jobban hasonlítanak azokra a fajokra, amelyek közös ősökkel rendelkeznek , és felhasználhatók a filogenetikai fák rekonstruálására .

Az evolúciós biológusok továbbra is tanulmányozták az evolúció különböző aspektusait hipotézisek kialakításával és tesztelésével , valamint elméletek megalkotásával , a helyszíni vagy laboratóriumi bizonyítékok , valamint a matematikai és elméleti biológia módszerei által generált adatok alapján . Felfedezéseik nemcsak a biológia fejlődését, hanem számos más tudományos és ipari területet is befolyásoltak, beleértve a mezőgazdaságot , az orvostudományt és az informatikát .

Az evolúciós gondolkodás története

Charles Darwin 1842 -ben elkészítette első vázlatát a fajok eredetéről .

Klasszikus ókor

Az a javaslat, hogy az egyik fajta organizmus egy másik típusból származhat, visszanyúlik néhány első szókratész előtti görög filozófushoz , például Anaximanderhez és Empedoklészhez . Az ilyen javaslatok a római korban is fennmaradtak. A költő és filozófus, Lucretius követte Empedoklészt De rerum natura ( A dolgok természetéről ) című mestermunkájában .

Középkorú

Ezzel a materialista nézettel szemben az arisztotelianizmus minden természetes dolgot a rögzített természeti lehetőségek aktualizálásának tekintett, amelyeket formáknak neveznek . Ez része volt a természet középkori teleologikus megértésének, amelyben minden dolognak isteni kozmikus rendben meghatározott szerepe van . Ennek az elképzelésnek a változatai váltak a középkor szokványos felfogásává, és beépültek a keresztény tanulásba, de Arisztotelész nem követelte meg, hogy a valódi élőlénytípusok mindig egy az egyben megfeleljenek a pontos metafizikai formáknak, és konkrét példákat mutatott be arra, hogy az új típusú alakulhatnak a dolgok.

Pre-darwini

A 17. században a modern tudomány új módszere elutasította az arisztotelészi megközelítést. Magyarázatokat keresett a természeti jelenségekre olyan fizikai törvények alapján , amelyek minden látható dologra azonosak, és amelyek nem igénylik semmilyen rögzített természeti kategória vagy isteni kozmikus rend létezését. Ez az új szemlélet azonban lassan gyökeret vert a biológiai tudományokban, a rögzített természettípusok fogalmának utolsó bástyája. John Ray a rögzített természetes típusokra, a "fajokra" vonatkozó, korábban általánosabb kifejezések egyikét alkalmazta a növény- és állattípusokra, de minden élőlénytípust szigorúan fajként azonosított, és azt javasolta, hogy minden fajt az állandósult jellemzők határozzanak meg nemzedékről nemzedékre. A Carl Linnaeus által 1735 -ben bevezetett biológiai osztályozás kifejezetten elismerte a fajviszonyok hierarchikus jellegét, de még mindig isteni terv szerint rögzítettnek tekintette a fajokat.

Más természettudósok ennek az időnek spekuláltak az evolúciós változás fajok idővel szerint a természeti törvények. 1751 -ben Pierre Louis Maupertuis a szaporodás során előforduló és sok generáción keresztül felhalmozódó természetes módosításokról írt, hogy új fajokat állítson elő. Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon azt javasolta, hogy a fajok különböző organizmusokká fajulhatnak, Erasmus Darwin pedig azt javasolta, hogy minden melegvérű állat egyetlen mikroorganizmusból (vagy "szálból") származhat. Az első teljes értékű evolúciós séma Jean-Baptiste Lamarck 1809-es "transzmutációs" elmélete volt, amely azt tervezte, hogy a spontán generáció folyamatosan egyszerű életformákat állít elő , amelyek nagyobb bonyolultságot mutatnak a párhuzamos vonalakban, velejáró progresszív tendenciával, és azt feltételezik, hogy egy helyi szinten, ezek a családok alkalmazkodtak a környezethez azáltal, hogy örökölték a szülői használatuk vagy használaton kívüli változásaikat. (Utóbbi folyamatot később lamarckizmusnak nevezték .) Ezeket az elképzeléseket a megalapozott természettudósok empirikus alátámasztás nélküli spekulációként ítélték el. Georges Cuvier különösen ragaszkodott ahhoz, hogy a fajok nem rokonok és rögzítettek, hasonlóságuk tükrözi a funkcionális szükségletek isteni tervezését. Időközben Ray jóindulatú tervezési elképzeléseit William Paley kifejlesztette a Natural Theology vagy Evidences of the Existence and Attributes of the Istenségbe (1802), amely komplex adaptációkat javasolt az isteni tervezés bizonyítékaként, és amelyet Charles Darwin csodált.

Darwini forradalom

A biológia állandó tipológiai osztályai vagy típusai fogalmának döntő szakítása az evolúció elméletével jött létre, amelyet Charles Darwin fogalmazott meg a változó populációk tekintetében. Darwin az "evolúció" helyett a " leszármazás módosítással " kifejezést használta . Thomas Robert Malthus , az Esszé a népesség elvéről (1798) részben befolyásolta , Darwin megjegyezte, hogy a népességnövekedés "létért folytatott küzdelemhez" vezet, amelyben kedvező változások érvényesülnek, miközben mások elpusztulnak. Minden generációban sok utód nem éli túl a reprodukció korát a korlátozott erőforrások miatt. Ez megmagyarázhatja a növények és állatok sokféleségét a közös felmenőktől a természeti törvények működéséig, ugyanúgy minden szervezettípusra. Darwin 1838 -tól kezdve kifejlesztette a "természetes szelekció" elméletét, és írta a "nagy könyvét" a témában, amikor Alfred Russel Wallace 1858 -ban gyakorlatilag ugyanazon elmélet egyik változatát küldte el neki. Külön dolgozataikat együtt mutatták be egy 1858 -as találkozón a londoni Linnean Society tagja . 1859 végén Darwin „ A fajok eredetéről ” című „absztrakt” című kiadványában részletesen és oly módon magyarázta a természetes szelekciót, amely egyre szélesebb körben elfogadta Darwin evolúciós elképzeléseit az alternatív elméletek rovására . Thomas Henry Huxley alkalmazta Darwin elképzeléseit az emberekre, a paleontológia és az összehasonlító anatómia segítségével határozott bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy az embereknek és a majmoknak közös őseik vannak. Néhányukat ez zavarta, mivel ez azt sugallta, hogy az embereknek nincs különleges helye az univerzumban .

Pangenezis és öröklődés

A reproduktív öröklődés mechanizmusai és az új tulajdonságok eredete rejtély maradt. Ennek érdekében Darwin kidolgozta a pangenezis ideiglenes elméletét . 1865 -ben Gregor Mendel arról számolt be, hogy a tulajdonságok előre látható módon öröklődnek az elemek (később génekként ismert) független választéka és elkülönítése révén. Mendel öröklési törvényei végül kiszorították Darwin pangenézis -elméletének nagy részét. August Weismann fontos különbséget tett az ivarsejteket okozó csírasejtek (például spermiumok és petesejtek ) és a test szomatikus sejtjei között, bizonyítva, hogy az öröklődés csak a csíravonalon megy keresztül. Hugo de Vries összekapcsolta Darwin pangenézis -elméletét Weismann csíra/szóma sejtek megkülönböztetésével, és azt javasolta, hogy Darwin pangenei a sejtmagban koncentrálódjanak, és amikor kifejeződnek, bejuthatnak a citoplazmába, hogy megváltoztassák a sejt szerkezetét. De Vries egyike volt azoknak a kutatóknak, akik jól ismertté tették Mendel munkásságát, és úgy vélték, hogy a mendeli vonások megfelelnek az öröklődő variációk csíravonal mentén történő átvitelének. Hogy megmagyarázza, hogyan keletkeznek az új változatok, de Vries kifejlesztett egy mutációs elméletet , amely átmeneti szakadékhoz vezetett azok között, akik elfogadták a darwini evolúciót, és a biometrikusokkal, akik szövetségesek voltak de Vriesszel. Az 1930 -as években a populációgenetika területén úttörők , mint például Ronald Fisher , Sewall Wright és JBS Haldane szilárd statisztikai filozófiára helyezték az evolúció alapjait. A hamis ellentmondás Darwin elmélete, a genetikai mutációk és a mendeli öröklődés között így megbékélt.

A "modern szintézis"

Az 1920-as és 1930-as években az úgynevezett modern szintézis a természetes szelekciót és a populációgenetikát a mendeli öröklődés alapján egy egységes elméletbe kapcsolta, amely általánosan alkalmazható a biológia bármely ágára. A modern szintézis megmagyarázta a populációkban megfigyelhető mintákat a fajok között, a paleontológia fosszilis átmenetével .

További szintézisek

Azóta a modern szintézist számos felfedezés fényében tovább bővítették, hogy megmagyarázzák a biológiai jelenségeket a biológiai hierarchia teljes és integráló skáláján , a génektől a populációkig.

A kiadvány szerkezetének DNS által James Watson és Francis Crick közreműködésével a Rosalind Franklin 1953-ban igazolták fizikai mechanizmus öröklés. A molekuláris biológia javította a genotípus és a fenotípus közötti kapcsolat megértését . Előrelépések történtek a filogenetikai rendszerezésben is , feltérképezve a tulajdonságok átmenetét összehasonlító és tesztelhető keretbe az evolúciós fák közzététele és használata révén . 1973 -ban Theodosius Dobzhansky evolúciós biológus azt írta, hogy " a biológiában semmi értelme nincs, csak az evolúció fényében ", mert a természettörténetben először szétválasztott tények összefüggéseit hozta napvilágra egy koherens magyarázó tudásanyaggá, amely leírja és sok megfigyelhető tényt jósol a bolygó életéről.

Az egyik kiterjesztés, amelyet evolúciós fejlődésbiológiának neveznek, és informálisan "evo-devo" -nak nevezik, hangsúlyozza, hogy a generációk közötti változások (evolúció) hogyan hatnak az egyes szervezeteken belüli változásokra ( fejlődés ). A 21. század eleje óta és az elmúlt évtizedekben tett felfedezések fényében néhány biológus a kiterjesztett evolúciós szintézis mellett érvelt , amely figyelembe veszi a nem genetikai öröklődési módok hatásait , például az epigenetikát , a szülői hatásokat , az ökológiai öröklődést és kulturális öröklődés és fejlődés .

Átöröklés

DNS szerkezete. A bázisok középen vannak, foszfát -cukor láncok veszik körül, kettős hélixben .

Az evolúció az élőlényekben az öröklődő tulajdonságok változásai révén következik be - egy szervezet öröklött tulajdonságaiban. Például az emberekben a szemszín öröklött tulajdonság, és az egyén örökölheti a "barna szem vonást" egyik szülőjétől. Az öröklött tulajdonságokat gének szabályozzák, és a szervezet genomjában (genetikai anyagában) található gének teljes készletét genotípusának nevezik.

A megfigyelhető tulajdonságok teljes készletét, amelyek az organizmus szerkezetét és viselkedését alkotják, fenotípusának nevezzük. Ezek a tulajdonságok a genotípus és a környezet kölcsönhatásából származnak. Ennek eredményeként a szervezet fenotípusának számos aspektusa nem öröklődik. Például a napbarnított bőr az ember genotípusa és a napfény kölcsönhatásából származik; így a napbarnításokat nem adják át az emberek gyermekeinek. Néhány ember azonban könnyebben barnul, mint mások, a genotípusos eltérések miatt; szembetűnő példa az albinizmus öröklött vonásával rendelkező emberek , akik egyáltalán nem barnulnak, és nagyon érzékenyek a leégésre .

Az öröklődő tulajdonságokat egyik generációról a másikra továbbítják a DNS -en keresztül, amely egy genetikai információt kódoló molekula . A DNS egy hosszú biopolimer, amely négyféle bázisból áll. A bázisok sorrendje egy adott DNS -molekula mentén határozza meg a genetikai információt, hasonlóan a mondat betűsorához. Mielőtt egy sejt osztódna, a DNS -t lemásolják, így a kapott két sejt mindegyike örökölni fogja a DNS -szekvenciát. A DNS -molekula azon részeit, amelyek egyetlen funkcionális egységet határoznak meg, géneknek nevezzük; a különböző gének különböző bázisszekvenciákkal rendelkeznek. A sejteken belül a DNS hosszú szálai kondenzált struktúrákat képeznek, amelyeket kromoszómáknak neveznek . A konkrét helyét egy DNS-szekvencia egy kromoszómán néven ismert lókusz . Ha a lókusz DNS -szekvenciája egyénenként változik, akkor a szekvencia különböző formáit alléloknak nevezzük. A DNS -szekvenciák mutációk révén megváltozhatnak, új allélokat hozva létre. Ha egy génben mutáció lép fel, az új allél befolyásolhatja a gén által szabályozott tulajdonságot, megváltoztatva a szervezet fenotípusát. Míg azonban ez az egyszerű megfelelés az allél és a tulajdonság között bizonyos esetekben működik, a legtöbb tulajdonság összetettebb, és kvantitatív vonási lókuszok (több kölcsönhatásba lépő gén) irányítják .

A legújabb eredmények megerősítették az öröklődő változások fontos példáit, amelyek nem magyarázhatók a DNS nukleotidszekvenciájának változásával . Ezeket a jelenségeket epigenetikus öröklési rendszerek közé sorolják . DNS metiláció jelölés kromatin , önfenntartó metabolikus hurkok, géncsendesítés által RNS interferencia és a három-dimenziós konformáció a fehérjék (mint például a prionok ) olyan területek, ahol epigenetikus öröklési rendszereket ismertünk fel a organizmikus szinten. A fejlődésbiológusok azt sugallják, hogy a genetikai hálózatok és a sejtek közötti kommunikáció összetett kölcsönhatásai öröklődő variációkhoz vezethetnek, amelyek a fejlődési plaszticitás és a csatornázás mechanikájának egy részét megalapozhatják . Az öröklődés még nagyobb léptékben is előfordulhat. Például a résépítés folyamatán keresztül történő ökológiai öröklődést az élőlények rendszeres és ismétlődő tevékenysége határozza meg a környezetükben. Ez olyan hatások örökségét hozza létre, amelyek módosítják és visszatáplálják a következő generációk kiválasztási rendszerét. Az utódok örökölnek géneket és környezeti jellemzőket, amelyeket az ősök ökológiai cselekvései hoznak létre. Az evolúció öröklődésének más példái, amelyek nem állnak közvetlen gének irányítása alatt, a kulturális tulajdonságok öröklődése és a szimbiógenezis .

A variációk forrásai

Fekete morfium a borsos molyfejlődésben

Evolúció akkor fordulhat elő, ha a populáción belül genetikai eltérések vannak. A variáció a genom mutációiból, a gének átszervezéséből származik a szexuális reprodukció és a populációk közötti migráció révén ( génáramlás ). Annak ellenére, hogy a mutáció és a génáramlás révén folyamatosan új variációkat vezetnek be, a fajok genomjának nagy része azonos a faj minden egyedében. Azonban még a viszonylag kis genotípusbeli különbségek is drámai különbségekhez vezethetnek a fenotípusban: például a csimpánzok és az emberek csak a genomjuk körülbelül 5% -ában különböznek egymástól.

Az egyes organizmusok fenotípusa mind a genotípusából, mind a környezeti hatásokból fakad. A modern evolúciós szintézis az evolúciót e genetikai variáció időbeli változásaként határozza meg. Egy adott allél gyakorisága többé -kevésbé elterjedt lesz a gén más formáihoz képest. A variáció eltűnik, amikor egy új allél eléri a rögzítési pontot - amikor vagy eltűnik a populációból, vagy teljesen felváltja az ősi allélt.

A mendeli genetika felfedezése előtt az egyik közös hipotézis az öröklődés keverése volt . De az öröklődés keveredésével a genetikai variációk gyorsan elvesznek, és a természetes szelekcióval való evolúció valószínűtlenné válik. A Hardy – Weinberg -elv megoldást kínál arra, hogyan lehet fenntartani a variációt egy mendeli öröklődésű populációban. Az allélok gyakorisága (génváltozások) változatlan marad szelekció, mutáció, migráció és genetikai sodródás hiányában.

Mutáció

A kromoszóma egy részének megkettőződése

A mutációk a sejt genomjának DNS -szekvenciájában bekövetkező változások, és minden szervezetben a genetikai változatosság végső forrása. Mutációk előfordulása esetén megváltoztathatják a gén termékét , megakadályozhatják a gén működését, vagy nincs hatásuk. A Drosophila melanogaster légyben végzett vizsgálatok alapján azt javasolták, hogy ha egy mutáció megváltoztatja a gén által termelt fehérjét, az valószínűleg káros lesz, mivel ezeknek a mutációknak körülbelül 70% -a káros hatással van, a többi pedig semleges vagy gyenge előnyös.

A mutációk magukban foglalhatják a kromoszóma nagy részeinek duplikálódását (általában genetikai rekombinációval ), amelyek egy gén extra másolatait vihetik be a genomba. A gének extra példányai az új gének fejlődéséhez szükséges alapanyag fő forrásai. Ez azért fontos, mert a legtöbb új gén a géncsaládokon belül fejlődik ki a már meglévő génekből, amelyek közös ősökkel rendelkeznek. Például az emberi szem négy gént használ fel a fényt érzékelő szerkezetek előállításához: három a színlátáshoz és egy az éjszakai látáshoz ; mind a négy egyetlen ősgénből származik.

Új gének generálhatók egy ősi génből, amikor egy duplikált másolat mutál és új funkciót szerez. Ez a folyamat könnyebb, ha egy gént megkettőztek, mert növeli a rendszer redundanciáját ; a pár egyik génje új funkciót szerezhet, míg a másik példány továbbra is eredeti funkcióját látja el. Más típusú mutációk akár teljesen új géneket is generálhatnak a korábban nem kódoló DNS -ből.

Az új gének generálása több gén kis részének másolását is magában foglalhatja, és ezek a fragmensek újból kombinálódva új kombinációkat hoznak létre új funkciókkal. Amikor új géneket állítanak össze a már meglévő részek keveréséből , a tartományok egyszerű független funkciókkal rendelkező modulokként működnek, amelyeket összekeverve új kombinációkat hozhatnak létre új és összetett funkciókkal. Például a poliketid szintázok nagy enzimek , amelyek antibiotikumokat termelnek ; akár száz független tartományt is tartalmazhatnak, amelyek mindegyike egy lépést katalizál a teljes folyamatban, mint egy összeszerelési sor.

Szex és rekombináció

Az ivartalan szervezetekben a gének együtt öröklődnek, vagy összekapcsolódnak , mivel nem keveredhetnek más organizmusok génjeivel a szaporodás során. Ezzel szemben a szexuális szervezetek utódai szüleik kromoszómáinak véletlenszerű keverékeit tartalmazzák, amelyeket független választékban állítanak elő. A homológ rekombinációnak nevezett rokon folyamatban a nemi szervezetek DNS -t cserélnek két egyező kromoszóma között. A rekombináció és az újraválogatás nem változtatja meg az allél gyakoriságát, hanem megváltoztatja, hogy mely allélok társulnak egymáshoz, és utódokat hoznak létre az allélok új kombinációival. A szex általában növeli a genetikai variációt, és növelheti az evolúció sebességét.

Ez az ábra szemlélteti a szex kettős költségét . Ha minden egyed azonos számú utódhoz járulna hozzá (kettő), a) a szexuális populáció minden generációban azonos méretű marad, ahol a (b) nemi szaporodású populáció mérete megduplázódik minden generációban.

A szex kétszeres költségét először John Maynard Smith írta le . Az első költség az, hogy a szexuálisan dimorf fajokban a két nem közül csak az egyik képes elviselni a fiatalt. Ez a költség nem vonatkozik a hermafrodita fajokra, mint a legtöbb növény és sok gerinctelen . A második költség az, hogy a szexuálisan szaporodó egyének csak a génjeik 50% -át adhatják át bármelyik utódnak, és még kevesebbet adnak át minden új generáció. Pedig a szexuális szaporodás a leggyakoribb szaporodási eszköz az eukarióták és a többsejtű élőlények között. A Vörös Királynő hipotézisét arra használták, hogy megmagyarázzák a szexuális szaporodás jelentőségét, mint eszközt, amely lehetővé teszi a folyamatos evolúciót és alkalmazkodást, válaszul a más fajokkal való koevolúcióra folyamatosan változó környezetben. Egy másik hipotézis szerint a szexuális reprodukció elsősorban a csíravonal DNS károsodásának pontos rekombinációs helyreállítását elősegítő adaptáció , és hogy a megnövekedett sokszínűség ennek a folyamatnak a mellékterméke, amely néha adaptív módon előnyös lehet.

Génáramlás

A génáramlás a gének cseréje a populációk és a fajok között. Ezért változásforrás lehet, amely új egy populáció vagy egy faj számára. A génáramlást az egyedek mozgása okozhatja az élőlények különálló populációi között, például az egerek belvízi és tengerparti populációk közötti mozgása, vagy a pollen mozgása a nehézfém-toleráns és nehézfém-érzékeny populációk között. füvek.

A fajok közötti géntranszfer magában foglalja a hibrid szervezetek kialakulását és a horizontális génátvitelt . A vízszintes géntranszfer a genetikai anyag egyik szervezetből a másikba, nem utódaiba történő átvitele; ez a leggyakoribb a baktériumok között . Az orvostudományban ez hozzájárul az antibiotikum -rezisztencia terjedéséhez , mivel amikor egy baktérium rezisztenciagéneket szerez, gyorsan átviheti azokat más fajokra. A gének vízszintes átvitele a baktériumokból az eukariótákba, mint például a Saccharomyces cerevisiae élesztőbe és a Callosobruchus chinensis adzuki babzsákba történt. Példa a nagyobb léptékű transzferekre az eukarióta bdelloid rotiferek , amelyek számos gént kaptak a baktériumoktól, gombáktól és növényektől. A vírusok DNS -t is hordozhatnak az élőlények között, lehetővé téve a gének átvitelét akár a biológiai területeken is .

Nagyszabású géntranszfer is történt az eukarióta sejtek és baktériumok ősei között, a kloroplasztok és a mitokondriumok megszerzése során . Lehetséges, hogy maguk az eukarióták a baktériumok és az archaea közötti vízszintes génátvitelből származnak .

Evolúciós folyamatok

A mutáció, majd a természetes kiválasztódás sötétebb színű populációt eredményez.

Egy neo-darwinista szempontból evolúció akkor jelentkezik, ha változás áll be a frekvenciák allél egy populáción belül a keveredés szervezetek, például az allél a fekete szín a lakosság lepkék egyre gyakoribbá válik. Az allélfrekvenciák megváltozásához vezető mechanizmusok közé tartozik a természetes szelekció, a genetikai sodródás, a génáramlás és a mutációs torzítás.

Természetes kiválasztódás

A természetes szelekcióval történő evolúció az a folyamat, amelynek során a túlélést és a szaporodást elősegítő tulajdonságok gyakoribbá válnak a populáció egymást követő generációiban. Három elvet testesít meg:

  • Az élőlények populációin belül a morfológia, a fiziológia és a viselkedés tekintetében eltérések vannak (fenotípusos variáció).
  • A különböző tulajdonságok eltérő túlélési és szaporodási arányokat eredményeznek (differenciális alkalmasság).
  • Ezek a tulajdonságok nemzedékről nemzedékre továbbadhatók (a fitnesz öröklődése).

Több utód keletkezik, mint amennyi fennmaradhat, és ezek a körülmények versenyt teremtenek az élőlények között a túlélésért és a szaporodásért. Következésképpen azok a szervezetek, amelyek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek előnyt biztosítanak számukra versenytársaikkal szemben, nagyobb valószínűséggel adják át tulajdonságaikat a következő generációnak, mint azok, amelyeknek nem adnak előnyt. Ez a teleonómia az a minőség, amellyel a természetes szelekció folyamata olyan tulajdonságokat hoz létre és őriz meg, amelyek látszólag illeszkednek az általuk végzett funkcionális szerepekhez. A szelekció következményei közé tartozik a véletlenszerű párzás és a genetikai stoppolás .

A természetes kiválasztódás központi fogalma a szervezet evolúciós alkalmassága . A fitneszt a szervezet túlélési és szaporodási képessége méri, amely meghatározza a következő generációhoz való genetikai hozzájárulásának nagyságát. A fitnesz azonban nem azonos az utódok teljes számával: ehelyett a fittséget jelzi a következő generációk aránya, amelyek egy szervezet génjeit hordozzák. Például, ha egy szervezet jól túlélhetne és gyorsan szaporodhatna, de utódai túl kicsik és gyengék lennének a túléléshez, akkor ez a szervezet kevés genetikai hozzájárulással járna a jövő generációi számára, és ezáltal gyenge lenne.

Ha egy allél jobban növeli a fittséget, mint a gén többi allélje, akkor ez az allél minden generációval gyakoribb lesz a populációban. Ezek a tulajdonságok azt mondjuk, hogy „kiválasztott számára .” Példák olyan tulajdonságokra, amelyek javíthatják az edzettséget, a túlélés és a megnövekedett termékenység . Ezzel szemben a kevésbé jótékony vagy káros allélok okozta alacsonyabb alkalmasság azt eredményezi, hogy ez az allél ritkább lesz - „ ellenük válogatnak” . Fontos, hogy egy allél alkalmassága nem rögzített jellemző; ha a környezet megváltozik, a korábban semleges vagy káros tulajdonságok előnyössé válhatnak, és a korábban előnyös tulajdonságok károsakká válhatnak. Azonban még ha a szelekció iránya is megfordul ilyen módon, a múltban elveszett tulajdonságok nem feltétlenül fognak azonos formában újra kifejlődni (lásd Dollo törvényét ). A szunnyadó gének újbóli aktiválása azonban mindaddig, amíg nem távolították el őket a genomból, és csak talán több száz generáción keresztül voltak elnyomva, olyan tulajdonságok újbóli megjelenéséhez vezethet, amelyekről úgy gondolják, hogy elvesznek, mint a hátsó lábak a delfinekben , fogakban a csirkék , szárnyak szárnyatlan bot rovarok , farok és további mellbimbók emberben stb „Throwbacks”, mint például ezek ismert atavisms .

Ezek a diagramok a genetikai szelekció különböző típusait ábrázolják. Minden grafikonon az x tengely változó a fenotípusos tulajdonság típusa, az y tengely változó pedig az élőlények száma. Az A csoport az eredeti populáció, a B csoport pedig a populáció a kiválasztás után.
· Az 1. grafikon az irányválasztást mutatja , amelyben egyetlen szélsőséges fenotípus részesül előnyben.
· A 2. grafikon a stabilizáló szelekciót ábrázolja , ahol a köztes fenotípus előnyben részesül a szélsőséges tulajdonságokkal szemben.
· A 3. grafikon zavaró szelekciót mutat be, amelyben a szélsőséges fenotípusokat részesítik előnyben az intermedierrel szemben.

A populáción belüli természetes kiválasztódás egy olyan tulajdonsághoz, amely különböző értékek, például magasság szerint változhat, három különböző típusba sorolható. Az első az irányított szelekció , amely egy tulajdonság átlagos értékének eltolódása az idő múlásával - például az élőlények lassan egyre magasabbak. Másodszor, a bomlasztó kiválasztás a szélsőséges tulajdonságértékek kiválasztása, és gyakran két különböző érték leggyakoribbá válását eredményezi , amelyek kiválasztása az átlagos értékkel szemben történik. Ez akkor történne meg, ha a rövid vagy magas organizmusok előnyben részesülnének, de nem a közepes magasságúak. Végül, a stabilizáló szelekcióban mindkét szélső szélsőséges tulajdonságértékekkel szemben szelekció történik, ami az átlagos érték körüli szórás csökkenését és a diverzitás csökkenését okozza . Ez például azt eredményezné, hogy a szervezetek végül hasonló magasságúak lesznek.

A természetes kiválasztódás általánosságban a természetet teszi olyan mértékűvé, amely ellen az egyének és az egyéni jellemzők többé -kevésbé valószínűek. A "természet" ebben az értelemben ökoszisztémára utal , vagyis olyan rendszerre, amelyben az élőlények kölcsönhatásba lépnek minden más elemmel, fizikai és biológiai , a helyi környezetben. Eugene Odum , az ökológia alapítója az ökoszisztémát a következőképpen határozta meg: "Bármely egység, amely magában foglalja az összes szervezetet ... egy adott területen, kölcsönhatásba lépve a fizikai környezettel, így az energiaáramlás egyértelműen meghatározott trofikus szerkezethez, biotikus sokféleséghez vezet, és az anyagciklusok (azaz az anyagcsere az élő és nem élő részek között) a rendszeren belül ... "Az ökoszisztémán belül minden populáció elkülönült rést vagy pozíciót foglal el , és a rendszer más részeivel külön kapcsolatban van. Ezek a kapcsolatok magukban foglalják a szervezet élettörténetét, pozícióját az élelmiszerláncban és földrajzi tartományát. A természet ezen széles körű megértése lehetővé teszi a tudósok számára, hogy meghatározott erőket határozzanak meg, amelyek együttesen magukban foglalják a természetes szelekciót.

A természetes szelekció a szervezet különböző szintjein működhet , például gének, sejtek, egyes szervezetek, organizmuscsoportok és fajok esetében. A kiválasztás egyszerre több szinten is működhet. Az egyedi szervezet szintje alatti szelekcióra példaként említhetők a transzpozonoknak nevezett gének , amelyek képesek reprodukálni és elterjedni az egész genomban. Az egyén feletti szintű kiválasztás, például a csoportválasztás lehetővé teheti az együttműködés fejlődését.

Genetikai stoppolás

A rekombináció lehetővé teszi az azonos DNS -szál alléljainak elválasztását. A rekombináció mértéke azonban alacsony (körülbelül két esemény kromoszómánként generációnként). Ennek eredményeként a kromoszómán egymáshoz közel álló gének nem mindig keverhetők el egymástól, és az egymáshoz közeli gének hajlamosak együtt öröklődni, ezt a jelenséget összekapcsolásnak nevezik . Ezt a tendenciát úgy mérik, hogy megállapítják, milyen gyakran fordul elő két allél együtt egy kromoszómán a várakozásokhoz képest , amit kapcsolati egyensúlytalanságuknak neveznek . Az allélok halmazát, amelyet általában egy csoportban örökölnek, haplotípusnak nevezik . Ez akkor lehet fontos, ha egy adott haplotípusban egy allél erősen előnyös: a természetes szelekció szelektív söprést hajthat végre , ami miatt a haplotípus többi allélja is gyakoribb lesz a populációban; ezt a hatást genetikai stoppolásnak vagy genetikai vázlatnak nevezik. Az a tény, hogy egyes semleges gének genetikailag kötődnek más, szelekció alatt álló genetikai huzathoz, részben megfelelő, hatékony populációméret által elfogható.

Szexuális szelekció

A természetes szelekció különleges esete a szexuális szelekció, amely olyan tulajdonságok kiválasztása, amelyek növelik a párzási sikert azáltal, hogy növelik a szervezet vonzerejét a lehetséges társak számára. A szexuális szelekció révén kialakult vonások különösen kiemelkedőek több állatfaj hímjei körében. Bár a szexuálisan előnyben részesített tulajdonságok, mint a nehézkes agancs, a párzási felhívások, a nagy testméret és az élénk színek gyakran vonzzák a ragadozást, ami veszélyezteti az egyes hímek túlélését. Ezt a túlélési hátrányt kiegyensúlyozza a hímek nagyobb szaporodási sikere, amelyek megmutatják ezeket a nehezen hamis , szexuálisan kiválasztott vonásokat.

Genetikai sodródás

20 összefüggés nélküli allél genetikai sodródásának szimulációja 10 (felső) és 100 (alsó) populációban. A rögzítéshez való sodródás gyorsabb a kisebb populációban.

A genetikai sodródás az allélfrekvenciák véletlenszerű ingadozása egy populáción belül egyik generációról a másikra. Ha a szelektív erők hiányoznak vagy viszonylag gyengék, az allélfrekvenciák ugyanolyan valószínűséggel felfelé vagy lefelé sodródnak minden egymást követő generációban, mivel az allélok mintavételi hibának vannak kitéve . Ez a sodrás megáll, amikor egy allél végül rögzül, vagy úgy, hogy eltűnik a populációból, vagy teljesen lecseréli a többi allélt. A genetikai sodródás ezért pusztán a véletlen miatt kiküszöbölhet néhány allélt a populációból. Még a szelektív erők hiányában is a genetikai sodródás két különálló populációt okozhat, amelyek ugyanazzal a genetikai struktúrával kezdődtek, és szétválnak két különböző populációra, különböző allélkészletekkel.

A molekuláris evolúció semleges elmélete azt javasolta, hogy a legtöbb evolúciós változás a semleges mutációk genetikai sodródással történő rögzítésének eredménye . Ennélfogva ebben a modellben a populáció legtöbb genetikai változása az állandó mutációs nyomás és a genetikai sodródás eredménye. A semleges elméletnek ezt a formáját ma már nagyrészt elhagyták, mivel úgy tűnik, nem illeszkedik a természetben tapasztalt genetikai variációhoz. Ennek a modellnek azonban egy újabb és jobban támogatott változata a majdnem semleges elmélet , ahol az a mutáció, amely kis populációban hatékonyan semleges lenne, nem feltétlenül semleges a nagy populációban. Más alternatív elméletek azt javasolják, hogy a genetikai sodródás eltörpüljön az evolúció más sztochasztikus erői, például a genetikai stoppolás, más néven genetikai vázlat mellett.

A semleges allél genetikai sodródással történő rögzítésének ideje a populáció méretétől függ, a rögzítés gyorsabban történik kisebb populációkban. A populáció egyedszáma nem kritikus, hanem a tényleges populációméret néven ismert mérőszám. A tényleges populáció általában kisebb, mint a teljes populáció, mivel olyan tényezőket vesz figyelembe, mint a beltenyésztés szintje és az életciklus azon szakasza, amelyben a populáció a legkisebb. A tényleges populációméret nem lehet azonos az azonos populáció összes génje esetében.

Általában nehéz mérni a kiválasztás és a semleges folyamatok, köztük a sodródás relatív fontosságát. Az adaptív és nem adaptív erők összehasonlító jelentősége az evolúciós változások előmozdításában a jelenlegi kutatások területe .

Génáramlás

A génáramlás magában foglalja a gének cseréjét a populációk és a fajok között. A génáramlás jelenléte vagy hiánya alapvetően megváltoztatja az evolúció menetét. Az élőlények összetettsége miatt bármely két teljesen elszigetelt populáció genetikai inkompatibilitást idéz elő végül semleges folyamatok révén, mint a Bateson-Dobzhansky-Muller modellben , még akkor is, ha mindkét populáció lényegében azonos marad a környezethez való alkalmazkodás tekintetében.

Ha a populációk között genetikai differenciálódás alakul ki, a populációk közötti génáramlás olyan tulajdonságokat vagy allélokat vezethet be, amelyek hátrányosak a helyi populációban, és ez ahhoz vezethet, hogy e populációk szervezetei olyan mechanizmusokat fejlesztenek ki, amelyek megakadályozzák a genetikailag távoli populációkkal való párosodást, és végül új fajok megjelenését eredményezhetik . Így az egyének közötti genetikai információcsere alapvetően fontos a biológiai fajok koncepciójának kialakítása szempontjából .

A modern szintézis kifejlesztése során Sewall Wright kifejlesztette eltolódó egyensúly elméletét , amely a részben elszigetelt populációk közötti génáramlást az adaptív evolúció fontos szempontjának tekintette. A közelmúltban azonban jelentős kritika érte az eltolódó egyensúly elmélet fontosságát.

Mutációs torzítás

A mutációs torzítást rendszerint két különböző típusú mutáció várható arányában különbözik, pl. Átmenet-transzverziós torzítás, GC-AT torzítás, deléció-inszerciós torzítás. Ez összefügg a fejlődési elfogultság gondolatával .

Haldane és Fisher azzal érveltek, hogy mivel a mutáció gyenge nyomás, amelyet a szelekció könnyen legyőz, a mutációs tendenciák hatástalanok lennének, kivéve a semleges evolúció körülményeit vagy a rendkívül magas mutációs arányokat. Ezt az ellentétes nyomással kapcsolatos érvet sokáig használták az evolúció belső tendenciáinak lehetőségének elvetésére, amíg a molekuláris korszak új érdeklődést váltott ki a semleges evolúció iránt.

Noboru Sueoka és Ernst Freese azt javasolták, hogy a mutációk szisztematikus torzításai lehetnek felelősek a fajok genomiális GC -összetételének szisztematikus különbségeiért. A GC-elfogult E. coli mutator törzs azonosítása 1967-ben a semleges elmélet javaslatával együtt megalapozta a molekuláris mintázatokra vonatkozó mutációs magyarázatok hihetőségét, amelyek ma már gyakoriak a molekuláris evolúciós irodalomban.

Például a kodonhasználati modellekben gyakran hivatkoznak a mutációs torzításokra. Az ilyen modellek magukban foglalják a szelekció hatásait is, a mutáció-szelekció-sodródás modelljét követve, amely lehetővé teszi mind a mutáció torzítását, mind a transzlációra gyakorolt ​​hatásokon alapuló differenciált kiválasztást. A mutáció torzításának hipotézisei fontos szerepet játszottak a genomösszetétel - beleértve az izokórákat is - evolúciójával kapcsolatos gondolkodás kialakulásában. A különböző taxonokban a különböző inszerciós és deléciós torzítások különböző genomméretek kialakulásához vezethetnek. A Lynch genomméretre vonatkozó hipotézise a genom méretének növelése vagy csökkenése felé mutató mutációs torzításokon alapul.

A kompozíció evolúciójára vonatkozó mutációs hipotézisek azonban csökkentették a hatókört, amikor kiderült, hogy (1) a GC-elfogult génkonverzió jelentősen hozzájárul a diploid szervezetek, például emlősök összetételéhez, és (2) a bakteriális genomok gyakran AT-torzítottak. mutáció.

A mutáció torzításainak szerepéről alkotott kortárs gondolkodás más elméletet tükröz, mint Haldane és Fisher. Egy újabb munka kimutatta, hogy az eredeti "nyomás" elmélet azt feltételezi, hogy az evolúció az állandó variáción alapul: amikor az evolúció új allélok bevezetésétől függ, akkor a bevezetésben mutatkozó mutációs és fejlődési torzítások előítéleteket róhatnak az evolúcióra anélkül, hogy semleges evolúciót vagy magas mutációs arányt igényelnének. .

Számos közelmúltbeli tanulmány arról számol be, hogy az adaptációban szerepet játszó mutációk gyakori mutációs torzításokat tükröznek, bár mások vitatják ezt az értelmezést.

Eredmények

Az E. coli antibiotikum -rezisztencia gyors fejlődésének vizuális bemutatása a lemezeken, a trimetoprim koncentrációjának növekedésével .

Az evolúció befolyásolja az élőlények formájának és viselkedésének minden aspektusát. A legszembetűnőbbek a természetes viselkedési és fizikai adaptációk, amelyek a természetes szelekció eredményei. Ezek az adaptációk növelik az edzettséget azáltal, hogy segítenek olyan tevékenységekben, mint az élelmezés, a ragadozók elkerülése vagy a társak vonzása. Az élőlények úgy is reagálhatnak a kiválasztásra, hogy együttműködnek egymással, általában rokonaik segítésével vagy kölcsönösen előnyös szimbiózisban . Hosszabb távon az evolúció új fajokat hoz létre azáltal, hogy az élőlények ősi populációit új csoportokra osztja, amelyek nem tudnak vagy nem fognak kereszteződni.

Ezeket az evolúciós eredményeket az időskála alapján különböztetjük meg makro- és mikroevolúcióként. A makroevolúció a fajok szintjén vagy fölött végbemenő evolúcióra vonatkozik, különösen a fajképződésre és a kihalásra; mivel a mikroevolúció a fajon vagy populáción belüli kisebb evolúciós változásokat jelenti, különösen az allélgyakoriság és az alkalmazkodás változásait. Általában a makroevolúciót a mikroevolúció hosszú időszakainak eredményeinek tekintik. Így a mikro- és makroevolúció közötti különbségtétel nem alapvető- a különbség egyszerűen az idő. A makroevolúcióban azonban az egész faj vonásai fontosak lehetnek. Például az egyedek közötti nagy eltérések lehetővé teszik a fajok számára, hogy gyorsan alkalmazkodjanak az új élőhelyekhez , csökkentve a kihalás esélyét, míg a széles földrajzi tartomány növeli a fajta kialakulásának esélyét, mivel valószínűbbé teszi, hogy a populáció egy része elszigetelődni. Ebben az értelemben a mikroevolúció és a makroevolúció magában foglalhatja a szelektálást különböző szinteken - a mikroevolúció hatással van a génekre és az élőlényekre, szemben a makroevolúciós folyamatokkal, például a fajok kiválasztásával, amelyek teljes fajokra hatnak, és befolyásolják azok fajlagosodási és kihalási arányát.

Általános tévhit, hogy az evolúciónak vannak céljai, hosszú távú tervei vagy veleszületett hajlama a "haladásra", ami olyan hiedelmekben fejeződik ki, mint az ortogenezis és az evolucionizmus; reálisan azonban az evolúciónak nincs hosszú távú célja, és nem feltétlenül okoz nagyobb bonyolultságot. Bár összetett fajok fejlődtek ki, ezek a szervezetek számának növekedésével járó mellékhatásként jelentkeznek, és az egyszerű életformák továbbra is gyakoribbak a bioszférában. Például a fajok túlnyomó többsége mikroszkopikus prokarióta , amely kis mérete ellenére a világ biomasszájának mintegy felét teszi ki , és a Föld biológiai sokféleségének túlnyomó részét teszi ki. Az egyszerű organizmusok tehát a történelem során uralkodó életformák voltak a Földön, és a mai napig továbbra is az élet fő formái, és az összetett élet csak azért tűnik változatosabbnak, mert észrevehetőbb . Valójában a mikroorganizmusok fejlődése különösen fontos a modern evolúciós kutatások szempontjából , mivel gyors reprodukciójuk lehetővé teszi a kísérleti evolúció tanulmányozását, valamint az evolúció és az alkalmazkodás valós idejű megfigyelését.

Alkalmazkodás

Homológ csontok a tetrapodák végtagjaiban . Ezeknek az állatoknak a csontjai ugyanolyan alapszerkezettel rendelkeznek, de meghatározott célokra igazították őket.

Az alkalmazkodás az a folyamat, amely az élőlényeket jobban illeszti az élőhelyükhöz. Ezenkívül az alkalmazkodás kifejezés olyan tulajdonságra utalhat, amely fontos a szervezet túléléséhez. Például a lovak fogainak alkalmazkodása a fű őrléséhez. Segítségével a kifejezés adaptációs az evolúciós folyamat, és adaptív tulajdonság a termék (a testrész vagy funkció), a két értelemben a szó lehet megkülönböztetni. Az alkalmazkodást a természetes szelekció eredményezi. A következő definíciókat Theodosius Dobzhansky adja:

  1. Az alkalmazkodás az az evolúciós folyamat, amelynek során egy szervezet jobban képes élni élőhelyén vagy élőhelyein.
  2. Az alkalmazkodás az alkalmazkodás állapota: milyen mértékben képes élni és szaporodni egy élőlény egy adott élőhelyen.
  3. Az adaptív tulajdonság a szervezet fejlődési mintázatának egyik aspektusa, amely lehetővé teszi vagy növeli annak valószínűségét, hogy a szervezet túlél és reprodukál.

Az alkalmazkodás vagy egy új funkció erősítését, vagy egy ősi tulajdonság elvesztését okozhatja. Egy példa, amely mindkét típusú változást mutatja, a bakteriális alkalmazkodás az antibiotikum -szelekcióhoz, és a genetikai változások antibiotikum -rezisztenciát okoznak azzal, hogy módosítják a gyógyszer célját, vagy növelik a transzporterek aktivitását, amelyek kiszorítják a gyógyszert a sejtből. További feltűnő példák az Escherichia coli baktériumok , amelyek hosszú távú laboratóriumi kísérlet során kifejlesztik a citromsav tápanyagként való felhasználásának képességét , a Flavobacterium új enzimet fejleszt, amely lehetővé teszi ezeknek a baktériumoknak a nejlongyártás melléktermékein való növekedését , valamint a talajbaktérium A Sphingobium egy teljesen új metabolikus utat fejleszt ki, amely lebontja a szintetikus peszticid pentaklór -fenolt . Érdekes, de még mindig vitatott elképzelés az, hogy egyes adaptációk fokozhatják az élőlények genetikai sokféleség -képességét és alkalmazkodási képességét a természetes szelekció révén (növelve az élőlények fejlődőképességét).

Egy sziláscetek csontváz. Levelek egy és b címke flipper csontokat, amelyeket átvéve elülső láb csontjai, míg c jelzi csökevényes láb csontjai, mind arra utal, hogy az alkalmazkodás a szárazföldről a tengerre.

Az alkalmazkodás a meglévő struktúrák fokozatos módosításával történik. Következésképpen a hasonló belső szerveződésű struktúrák különböző funkciókat láthatnak el a rokon szervezetekben. Ez annak az eredménye, hogy egyetlen ősszerkezetet különböző módon működtetnek. Például a denevér szárnyakban lévő csontok nagyon hasonlítanak az egerek lábaihoz és a főemlősök kezéhez, mivel ezek a struktúrák egy közös emlős őstől származnak. Mivel azonban minden élőlény valamilyen szinten rokon, még azok a szervek is, amelyek szerkezeti hasonlóságuk alig vagy egyáltalán nincs, mint például az ízeltlábúak , a tintahal és a gerincesek szeme, vagy az ízeltlábúak és a gerincesek végtagjai és szárnyai, közös halmazon múlhatnak. összeállításukat és működésüket szabályozó homológ gének; ezt hívják mély homológiának .

Az evolúció során egyes szerkezetek elveszíthetik eredeti funkciójukat, és maradványszerkezetekké válhatnak . Az ilyen struktúráknak kevés vagy egyáltalán nincs funkciójuk egy jelenlegi fajban, de egyértelmű funkciójuk van az ősfajokban vagy más, közeli rokon fajokban. Ilyenek például a pszeudogének , a vak barlangban élő halak szemének nem működőképes maradványai, a röpképtelen madarak szárnyai, a bálnák és kígyók csípőcsontjainak jelenléte, valamint az ivartalan szaporodás útján szaporodó szervezetek szexuális vonásai. Példák csökevényes szerkezetek emberekben közé bölcsességfog , a farkcsont , az féreg alakú függelék és más viselkedési maradványait, mint például libabőrös és primitív reflexek .

Azonban sok olyan vonás, amely egyszerű adaptációnak tűnik, valójában exaptáció : eredetileg egy funkcióra adaptált struktúra, amely azonban véletlenül valamelyest hasznos lett a folyamat más funkciói számára. Az egyik példa a Holaspis guentheri afrikai gyík , amely rendkívül lapos fejet fejlesztett ki a résekben való elrejtéshez, amint az a közeli rokonaira nézve is látható. Ennél a fajnál azonban a fej annyira lelapult, hogy segíti a fáról a fára való siklást - ez egy kiváltság. A sejteken belül a molekuláris gépek, mint például a bakteriális zászlók és a fehérjeválogató gépek több, korábban már különböző funkciójú fehérje toborzásával fejlődtek ki. Egy másik példa az enzimek glikolízisből és xenobiotikus anyagcseréből történő toborzása, amelyek szerkezeti fehérjékként kristályok néven szolgálnak az élőlények szemének lencséiben.

Az evolúciós fejlődésbiológia jelenlegi vizsgálati területe az alkalmazkodások és az átalakítások fejlődési alapja. Ez a kutatás foglalkozik az embrionális fejlődés eredetével és fejlődésével, valamint azzal, hogy a fejlődési és fejlődési folyamatok módosításai hogyan hoznak létre új jellemzőket. Ezek a tanulmányok kimutatták, hogy az evolúció megváltoztathatja a fejlődést, és új struktúrákat hozhat létre, például embrionális csontszerkezeteket, amelyek más állatok állkapcsává fejlődnek, ehelyett az emlősök középfülének részét képezik . Az is lehetséges, hogy az evolúció során elveszett szerkezetek a fejlődési gének változásai miatt újra megjelennek, például a csirkék mutációja miatt az embriók a fogakat a krokodilokhoz hasonlóan növesztik . Mostanra világossá válik, hogy a legtöbb változás az élőlények alakjában a konzervált gének egy kis csoportjában bekövetkezett változásoknak köszönhető.

Coevolution

Gyakori sikló ( Thamnophis sirtalis sirtalis ) fejlődött ellenállás a védekező anyag tetrodotoxin annak kétéltű zsákmányt.

Az élőlények közötti kölcsönhatások konfliktusokat és együttműködést is okozhatnak. Ha a kölcsönhatás fajpárok, például kórokozó és gazdaszervezet , vagy ragadozó és zsákmánya között zajlik, ezek a fajok megfelelő alkalmazkodási készleteket fejleszthetnek ki. Itt az egyik faj fejlődése adaptációkat okoz egy második fajban. Ezek a változások a második fajban aztán új adaptációkat okoznak az első fajban. Ezt a kiválasztási és reagálási ciklust koevolúciónak nevezik. Példa erre a tetrodotoxin termelése a durva bőrű gőzben, valamint a tetrodotoxin-rezisztencia kialakulása ragadozójában, a harisnyakötő kígyóban . Ebben a ragadozó-zsákmány párban egy evolúciós fegyverkezési verseny magas mennyiségű toxint termel a gőteben, és ennek megfelelően magas szintű toxinrezisztenciát a kígyóban.

Együttműködés

Nem minden együtt kifejlődött kölcsönhatás a fajok között konfliktus. A kölcsönösen előnyös kölcsönhatások számos esete alakult ki. Például extrém együttműködés van a növények és a mikorrhiza gombák között , amelyek a gyökereiken nőnek, és segítik a növényt a tápanyagok talajból történő felszívásában. Ez kölcsönös kapcsolat, mivel a növények a gombákat fotoszintézisből származó cukrokkal látják el . Itt a gombák valójában a növényi sejtekben nőnek, lehetővé téve számukra, hogy tápanyagot cseréljenek gazdájukkal, miközben jeleket küldenek, amelyek elnyomják a növény immunrendszerét .

Az azonos faj szervezetei közötti koalíciók is kialakultak. Szélsőséges esetben a eusociality talált szociális rovarok, mint a méhek , termeszek és hangyák , ahol steril rovarok táplálkoznak, és őrzik a kis számú organizmusok kolónia , amely képes reprodukálni. Még kisebb léptékben az állat testét alkotó szomatikus sejtek korlátozzák reprodukciójukat, így stabil szervezetet tudnak fenntartani, amely ezután támogatja az állat csírasejtjeinek kis számát utódok létrehozásához. Itt a szomatikus sejtek olyan specifikus jelekre reagálnak, amelyek arra utasítják őket, hogy növekedjenek, maradjanak olyanok, mint vannak, vagy meghaljanak. Ha a sejtek figyelmen kívül hagyják ezeket a jeleket, és nem megfelelően szaporodnak, ellenőrizetlen növekedésük rákot okoz .

A fajokon belüli ilyen együttműködés a rokonsági kiválasztási folyamaton keresztül fejlődhetett ki , ahol az egyik szervezet segíti a hozzátartozó utódait. Ez a tevékenység azért van kiválasztva, mert ha a segítő egyén allélokat tartalmaz, amelyek elősegítik a segítő tevékenységet, akkor valószínű, hogy a rokona is ezeket az allélokat fogja tartalmazni, és így az allélok továbbadódnak. Az együttműködést elősegítő egyéb folyamatok közé tartozik a csoportválasztás , ahol az együttműködés előnyöket jelent az élőlények egy csoportjának.

Specifikáció

A négy földrajzi fajta

A fajképződés az a folyamat, amelyben egy faj két vagy több leszármazott fajra szakad.

A "faj" fogalmát többféleképpen lehet meghatározni. A meghatározás megválasztása az érintett faj sajátosságaitól függ. Például egyes fajfogalmak könnyebben alkalmazhatók a szexuálisan szaporodó szervezetekre, míg mások jobban megfelelnek az ivartalan szervezeteknek. A különböző fajfogalmak sokfélesége ellenére ezek a különböző fogalmak a három széles filozófiai megközelítés egyikébe sorolhatók: keresztezés, ökológiai és filogenetikai. A biológiai fajok koncepciója a keresztezés megközelítésének klasszikus példája. Ernst Mayr evolúciós biológus 1942 -ben határozta meg, a BSC kijelenti, hogy "a fajok ténylegesen vagy potenciálisan egymással kereszteződő természetes populációk csoportjai, amelyek reproduktív módon elkülönülnek más ilyen csoportoktól". Annak ellenére, hogy széles és hosszú távú használatra, a BSC, mint a többiek, nem viták nélkül, például azért, mert ezek a fogalmak nem alkalmazhatók a prokarióták, és ez az úgynevezett faj probléma . Néhány kutató a fajok egységes, monisztikus meghatározását kísérelte meg, míg mások pluralista megközelítést alkalmaznak, és azt sugallják, hogy a faj definíciójának logikai értelmezése különböző módon történhet.

Ahhoz, hogy a populációk új fajokká válhassanak, két szexuális populáció közötti szaporodási akadályokra van szükség. A génáramlás lelassíthatja ezt a folyamatot azáltal, hogy az új genetikai változatokat elterjeszti a többi populációra is. Attól függően, hogy két faj milyen mértékben különbözött a legutóbbi közös őstől , továbbra is lehetséges, hogy utódokat hoznak, mint például az öszvérek párzásához kapcsolódó lovak és szamarak esetében . Az ilyen hibridek általában terméketlenek . Ebben az esetben a közeli rokon fajok rendszeresen kereszteződhetnek, de a hibridek közül válogatnak, és a fajok megkülönböztethetők maradnak. Időnként azonban életképes hibridek képződnek, és ezek az új fajok vagy a szülőfajaik közötti köztes tulajdonságokkal rendelkeznek, vagy teljesen új fenotípussal rendelkeznek. A hibridizáció fontossága új állatfajok előállítása során nem világos, bár számos állatfajnál láttak eseteket, a szürke fabéka különösen jól tanulmányozott példa.

A fajlagosodást többször is megfigyelték ellenőrzött laboratóriumi körülmények között (lásd a specifikáció laboratóriumi kísérleteit ) és a természetben. A szexuálisan szaporodó szervezetekben a specifikáció a reproduktív izolációból, majd a genealógiai divergenciából ered. Négy elsődleges földrajzi fajta létezik. Az állatokban a leggyakoribb az allopátriai fajta , amely a kezdetben földrajzilag elszigetelt populációkban fordul elő, például élőhely -széttagoltság vagy vándorlás miatt. A szelekció ilyen körülmények között nagyon gyors változásokat okozhat az élőlények megjelenésében és viselkedésében. Mivel a szelekció és a sodródás függetlenül hat a fajuk többi részétől elszigetelt populációkra, az elkülönítés végül olyan organizmusokat hozhat létre, amelyek nem tudnak kereszteződni.

A specifikáció második módja a peripatrikus fajlagosítás , amely akkor következik be, amikor az élőlények kis populációi elszigetelődnek egy új környezetben. Ez abban különbözik az allopátriai specifikációtól, hogy az izolált populációk számszerűen sokkal kisebbek, mint a szülői populáció. Itt az alapító hatás gyors fajképződést okoz, miután a beltenyésztés növekedése növeli a homozigóták szelekcióját, ami gyors genetikai változáshoz vezet.

A harmadik mód a parapatrikus specifikáció . Ez hasonlít a peripatrikus specifikációhoz, mivel egy kis populáció új élőhelyre lép, de abban különbözik, hogy nincs fizikai elválasztás e két populáció között. Ehelyett a specifikáció olyan mechanizmusok fejlődéséből származik, amelyek csökkentik a génáramlást a két populáció között. Általában ez akkor fordul elő, ha drasztikus változás történt a szülői faj élőhelyén. Az egyik példa a fű Anthoxanthum odoratum , amely a bányákból származó lokális fémszennyezés hatására parapatrikus specifikáción eshet át. Itt olyan növények fejlődnek ki, amelyek ellenállnak a nagy mennyiségű fémnek a talajban. A fémérzékeny szülői populációval való kereszteződés elleni kiválasztás fokozatos változást eredményezett a fémrezisztens növények virágzási idejében, ami végül teljes reprodukciós izolációt eredményezett. A két populáció közötti hibridek elleni szelekció megerősítést okozhat , ami a fajokon belüli párzást elősegítő tulajdonságok fejlődését, valamint a karakter elmozdulását jelenti , amikor két faj megjelenése jobban megkülönböztethető.

A pintyek földrajzi elszigeteltsége a Galápagos -szigeteken több mint egy tucat új fajt hozott létre.

Végül, a szimpatrikus fajokban a fajok földrajzi elszigeteltség vagy élőhelyváltozás nélkül különböznek egymástól. Ez a forma ritka, mivel még egy kis génáramlás is eltávolíthatja a populáció egyes részei közötti genetikai különbségeket. Általában szimpatrikus speciációjának állatok megköveteli az evolúció mind genetikai különbségek és nem véletlenszerű párosodás , hogy a reprodukciós elszigetelten fejlődnek.

A szimpatikus specifikáció egyik típusa két rokon faj keresztezését foglalja magában , hogy új hibrid fajt hozzon létre. Ez nem gyakori állatoknál, mivel az állati hibridek általában sterilek. Ez azért van, mert közben a meiózis a homológ kromoszómák mindkét szülőtől két különböző fajból, és nem tudja sikeresen párosítani. A növényekben azonban gyakoribb, mert a növények gyakran megduplázzák a kromoszómáik számát, poliploidokat képezve . Ez lehetővé teszi, hogy a szülői fajok kromoszómái megfelelő párokat képezzenek a meiózis során, mivel minden szülő kromoszómáját már egy pár képviseli. Egy példa egy ilyen speciációjának esemény az, amikor a növényfaj Arabidopsis thaliana és Arabidopsis Arenosa keresztezett, hogy az új faj Arabidopsis Suecica . Ez körülbelül 20 000 évvel ezelőtt történt, és a laboratóriumban megismétlődött a specifikációs folyamat, amely lehetővé teszi az ebben a folyamatban résztvevő genetikai mechanizmusok tanulmányozását. Valójában a fajon belüli kromoszóma megduplázódása gyakori oka lehet a reproduktív izolációnak, mivel a megkétszereződött kromoszómák fele páratlan lesz, ha kétségtelen organizmusokkal tenyésztenek.

A specifikációs események fontosak a pontozott egyensúly elméletében , amely a fosszilis feljegyzésben szereplő, rövid evolúciós kitörések mintázatát tükrözi, viszonylag hosszú stagnálási időszakokkal tarkítva, ahol a fajok viszonylag változatlanok maradnak. Ebben az elméletben a specifikáció és a gyors evolúció összefügg, a természetes szelekció és a genetikai sodródás a legerősebben hat azokra a szervezetekre, amelyek új élőhelyeken vagy kis populációkban specifikálódnak. Ennek eredményeképpen a fosszilis rekordok stagnálási periódusai megfelelnek a szülői populációnak, és a fajta és a gyors fejlődés alatt álló organizmusok kis populációkban vagy földrajzilag korlátozott élőhelyeken találhatók, és ezért ritkán őrzik meg kövületekként.

Kihalás

A kihalás egy egész faj eltűnése. A kihalás nem szokatlan esemény, mivel a fajok rendszeresen megjelennek a fajtafajtákon keresztül, és eltűnnek a kihalás során. Szinte minden állat- és növényfaj, amely a Földön élt, mára kihalt, és úgy tűnik, hogy a kipusztulás minden faj végső sorsa. Ezek a kihalások az élet története során folyamatosan történtek, bár a kihalás mértéke megugrik az alkalmi tömeges kihalási eseményekben . A kréta-paleogén kihalási esemény , amely során a nem madár dinoszauruszok kihaltak, a legismertebb, de a korábbi permi-triász kihalási esemény még súlyosabb volt, az összes tengeri faj körülbelül 96% -a a kihalásba került. A holocén kihalási esemény egy folyamatos tömeges kihalás, amely az emberiség terjeszkedésével jár az egész világon az elmúlt néhány ezer évben. A mai kihalási arány 100–1000-szer nagyobb, mint a háttér, és a jelenlegi fajok akár 30% -a is kihalhat a 21. század közepére. Az emberi tevékenységek most a kihalási események elsődleges okai; a globális felmelegedés tovább gyorsíthatja a jövőben. Annak ellenére, hogy a Földön valaha élt fajok több mint 99 százaléka kihalt, a becslések szerint jelenleg körülbelül 1 billió faj van a Földön, és az egy százalék ezredrésze van leírva.

A kihalásnak az evolúcióban betöltött szerepe nem túl jól ismert, és attól függhet, hogy a kihalás milyen fajtáját veszik figyelembe. A kihalások többségét alkotó folyamatos "alacsony szintű" kihalási események okai a fajok korlátozott erőforrásokért folytatott versenyének következményei lehetnek (a verseny kizárásának elve ). Ha az egyik faj felülmúlja a másikat, ez fajszelekciót eredményezhet, a szerelő fajok túlélhetnek, a másik faj pedig kihalásra kényszerül. Az időszakos tömeges kihalások szintén fontosak, de ahelyett, hogy szelektív erőként működnének, drasztikusan csökkentik a sokféleséget, nem specifikus módon, és elősegítik a túlélők gyors fejlődésének és specifikációjának kitörését.

Az élet evolúciós története

Az élet eredete

A Föld körülbelül 4,54 milliárd éves. A legkorábbi, vitathatatlan bizonyíték a földi életre legalább 3,5 milliárd évvel ezelőttről, az Eoarche -korszakból származik, miután a geológiai kéreg megszilárdulni kezdett a korábbi olvadt Hadean Eon után. Mikrobiális szőnyeg kövületeket találtak 3,48 milliárd éves homokkőben Nyugat-Ausztráliában. A biogén anyag más korai fizikai bizonyítéka a grafit 3,7 milliárd éves metaszerű kőzetekben, amelyeket Nyugat-Grönlandon fedeztek fel, valamint a " biotikus élet maradványai ", amelyeket 4,1 milliárd éves kőzetekben találtak Nyugat-Ausztráliában. Stephen Blair Hedges az ausztrál felfedezéseket kommentálva ezt írta: "Ha az élet viszonylag gyorsan keletkezik a Földön, akkor általános lehet az univerzumban." A 2016. július tudós számolt be, amely egy sor 355 gén az utolsó univerzális közös ős (LUCA) minden élő szervezetek a Földön.

A Földön valaha élt összes faj több mint 99 százaléka, több mint ötmilliárd faj, becslések szerint kihalt. A Föld jelenlegi fajainak számára vonatkozó becslések 10 millió és 14 millió között mozognak, ebből körülbelül 1,9 milliót neveztek meg, és 1,6 milliót dokumentáltak egy központi adatbázisban, és legalább 80 százalékát még nem írták le.

Úgy gondolják, hogy a nagy energiájú kémia körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt önreplikálódó molekulát állított elő, és fél milliárd évvel később létezett az élet utolsó közös őse. A jelenlegi tudományos konszenzus szerint az életet alkotó komplex biokémia egyszerűbb kémiai reakciókból származik. Az élet kezdete magában foglalhatta az önreplikálódó molekulákat, például az RNS-t és az egyszerű sejtek összeszerelését.

Közös származás

Minden élőlény a Földön leszármazottai egy közös őstől vagy ősi génállomány . A jelenlegi fajok az evolúció folyamatának egy állomása, sokféleségük a fajta- és kihalási események hosszú sorozatának eredménye. Az élőlények közös leszármazását először az élőlényekre vonatkozó négy egyszerű tényből következtették le: Először is földrajzi eloszlásuk van, amely nem magyarázható helyi alkalmazkodással. Másodszor, az élet sokfélesége nem teljesen egyedi élőlények halmaza, hanem morfológiai hasonlóságokat mutató szervezetek. Harmadszor, a nyilvánvaló cél nélküli vesztiális vonások hasonlítanak a funkcionális ősvonásokhoz. Negyedszer, az élőlényeket ezen hasonlóságok felhasználásával besorolhatjuk a családfához hasonló, egymásba ágyazott csoportok hierarchiájába.

A hominoidok egy közös ős leszármazottai .

A modern kutatások azt sugallták, hogy a vízszintes géntranszfer miatt ez az "életfa" bonyolultabb lehet, mint egy egyszerű elágazó fa, mivel egyes gének egymástól függetlenül terjedtek el a távoli rokon fajok között. Ennek a problémának és másoknak a megoldására egyes szerzők inkább az " Élet korallját " használják metaforának vagy matematikai modellnek az élet fejlődésének szemléltetésére. Ez a nézet egy Darwin által röviden említett, de később elvetett elképzelésre vezethető vissza.

A korábbi fajok is feljegyzést hagytak evolúciós történetükről. A kövületek, valamint a mai élőlények összehasonlító anatómiája alkotják a morfológiai vagy anatómiai rekordot. A modern és a kihalt fajok anatómiáinak összehasonlításával a paleontológusok következtethetnek e fajok származására. Ez a megközelítés azonban a legsikeresebb azoknál az organizmusoknál, amelyeknek kemény testrészei voltak, például kagyló, csont vagy fogak. Továbbá, mivel a prokariótáknak, mint például a baktériumoknak és az archaeáknak közös morfológiájuk korlátozott halmaza van, a kövületeik nem adnak információt az őseikről.

Újabban a közös leszármazás bizonyítékai az élőlények közötti biokémiai hasonlóságok vizsgálatából származnak. Például minden élő sejt ugyanazt az alapvető nukleotid- és aminosav -készletet használja . A molekuláris genetika fejlődése feltárta az evolúció rekordját, amely az élőlények genomjaiban maradt: keltezés, amikor a fajok eltérnek a mutációk által előállított molekuláris órától . Például ezek a DNS -szekvencia -összehasonlítások azt mutatták, hogy az emberek és a csimpánzok 98% -ban osztoznak a genomjukban, és annak a néhány területnek az elemzése, ahol eltérnek, segít megvilágítani, hogy mikor létezett e faj közös őse.

Az élet evolúciója

Euryarchaeota Nanoarchaeota Crenarchaeota Protozoa Algae Plant Slime molds Animal Fungus Gram-positive bacteria Chlamydiae Chloroflexi Actinobacteria Planctomycetes Spirochaetes Fusobacteria Cyanobacteria Thermophiles Acidobacteria Proteobacteria
Evolúciós fa, amely a modern fajok eltérését mutatja a középpontban lévő őstől. A három domén színes, a baktériumok kék, archaea zöld és eukarióták pirosak.

A prokarióták körülbelül 3-4 milliárd évvel ezelőtt lakták a Földet. Ezekben a szervezetekben a következő néhány milliárd évben nem történt nyilvánvaló változás a morfológiában vagy a sejtszerveződésben. Az eukarióta sejtek 1,6 és 2,7 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg. A következő jelentős változás a sejtek szerkezetében akkor következett be, amikor az eukarióta sejtek elnyelték a baktériumokat, az endoszimbiózis nevű szövetkezeti szövetségben . Az elnyelt baktériumok és a gazdasejt koevolúción estek át, a baktériumok vagy mitokondriumokká vagy hidrogénszómákká fejlődtek . A cianobaktériumokhoz hasonló élőlények újabb elnyelése kloroplasztok képződéséhez vezetett az algákban és a növényekben.

Az élet története az egysejtű eukarióták, a prokarióták és az archae története volt, körülbelül 610 millió évvel ezelőtt, amikor az Ediacaran -korszakban többsejtű organizmusok kezdtek megjelenni az óceánokban . A többsejtűség kialakulása több egymástól független eseményben történt, olyan sokféle szervezetben, mint a szivacsok , a barna algák , a cianobaktériumok, a nyálkaformák és a mikobaktériumok . 2016 januárjában a tudósok arról számoltak be, hogy körülbelül 800 millió évvel ezelőtt egyetlen, a GK-PID nevű molekulában bekövetkezett kisebb genetikai változás lehetővé tette, hogy az organizmusok egyetlen sejtes szervezetből a sok sejt egyikébe kerüljenek.

Nem sokkal ezeknek az első többsejtű élőlényeknek a megjelenése után jelentős mennyiségű biológiai sokféleség jelent meg körülbelül 10 millió év alatt, a kambriumi robbanásnak nevezett eseményben . Itt a modern állatok típusainak többsége megjelent a fosszilis rekordokban, valamint az egyedi vonal, amely később kihalt. A kambriumi robbanás különböző kiváltó tényezőit javasolták, beleértve az oxigén felhalmozódását a légkörben a fotoszintézis során.

Körülbelül 500 millió évvel ezelőtt növények és gombák gyarmatosították a földet, és hamarosan ízeltlábúak és más állatok követték őket. A rovarok különösen sikeresek voltak, és még ma is az állatfajok többségét alkotják. A kétéltűek először körülbelül 364 millió évvel ezelőtt jelentek meg, majd a korai magzatvíz és a madarak körülbelül 155 millió évvel ezelőtt (mindkettő a " hüllő " -hez hasonló törzsekből), az emlősök körülbelül 129 millió évvel ezelőtt, a Homininae-k körülbelül 10 millió évvel ezelőtt, a modern emberek pedig körülbelül 250 000 évvel ezelőtt ezelőtt. Azonban e nagy állatok fejlődése ellenére a folyamat elején kialakult típusokhoz hasonló kisebb organizmusok továbbra is rendkívül sikeresek és uralják a Földet, mind a biomassza, mind a fajok többsége prokarióta.

Alkalmazások

Az evolúciós biológiában használt fogalmaknak és modelleknek, mint például a természetes szelekciónak számos alkalmazása van.

A mesterséges szelekció a tulajdonságok szándékos kiválasztása az élőlények populációjában. Ezt évezredek óta használják növények és állatok háziasítására . Újabban az ilyen szelekció a géntechnológia létfontosságú részévé vált , a DNS manipulálásához olyan szelektálható markereket használtak , mint az antibiotikum -rezisztencia gének. Az értékes tulajdonságokkal rendelkező fehérjék a mutáció és a szelekció ismétlődő fordulói során fejlődtek ki (például módosított enzimek és új antitestek ) az irányított evolúciónak nevezett folyamatban .

A szervezet fejlődése során bekövetkezett változások megértése feltárhatja a testrészek felépítéséhez szükséges géneket, olyan géneket, amelyek szerepet játszhatnak az emberi genetikai rendellenességekben . Például a mexikói tetra egy albínó barlang, amely az evolúció során elvesztette látását. Ennek a vak halaknak a különböző populációit együtt tenyésztve néhány funkcionális szemű utód született, mivel a különböző barlangokban kialakult elszigetelt populációkban különböző mutációk fordultak elő. Ez segített azonosítani a látáshoz és a pigmentációhoz szükséges géneket.

Az evolúciós elméletnek számos alkalmazása van az orvostudományban. Sok emberi betegség nem statikus jelenség, hanem képes evolúcióra. A vírusok, baktériumok, gombák és rákok rezisztenssé fejlődnek a gazdaszervezet immunvédelmével , valamint a gyógyszerekkel szemben . Ugyanezek a problémák fordulnak elő a mezőgazdaságban a peszticid- és herbicidrezisztenciával szemben. Lehetséges, hogy a rendelkezésre álló antibiotikumok többségének hatékony életének vége előtt állunk, és előre jelezzük kórokozóink fejlődését és fejlődését, valamint stratégiákat dolgozunk ki annak lelassítására vagy megkerülésére, és mélyebb ismereteket igényelnek az evolúciót molekuláris szinten mozgató összetett erőkről.

A számítástechnikában az evolúció szimulációi evolúciós algoritmusok és mesterséges élet segítségével az 1960 -as években kezdődtek, és kibővültek a mesterséges szelekció szimulációjával. A mesterséges evolúció széles körben elismert optimalizálási módszer lett Ingo Rechenberg hatvanas évekbeli munkájának eredményeként . Evolúciós stratégiákat használt komplex mérnöki problémák megoldására. Különösen a genetikai algoritmusok váltak népszerűvé John Henry Holland írása révén . A gyakorlati alkalmazások magukban foglalják a számítógépes programok automatikus fejlesztését is . Evolúciós algoritmusokat alkalmaznak a többdimenziós problémák hatékonyabb megoldására, mint az emberi tervezők által gyártott szoftverek, valamint a rendszerek tervezésének optimalizálására.

Társadalmi és kulturális válaszok

Ahogy az evolúció széles körben elfogadottá vált az 1870-es, karikatúrák Charles Darwin egy majom vagy majom test jelképezi evolúció.

A 19. században, különösen a Fajok eredetéről 1859 -ben megjelent könyv megjelenése után, az élet fejlődésének gondolata aktív forrása volt az evolúció filozófiai, társadalmi és vallási vonatkozásaira összpontosító tudományos vitának. Ma a tudósok nagy többsége elfogadja a modern evolúciós szintézist. Az evolúció azonban néhány teista számára vitatott fogalom marad .

Míg a különböző vallások és felekezetek összehangolták hiedelmeiket az evolúcióval olyan fogalmak révén, mint a teista evolúció , vannak olyan kreacionisták, akik úgy vélik, hogy az evolúciónak ellentmondanak a vallásukban található teremtési mítoszok, és különféle kifogásokat emelnek az evolúció ellen . Amint azt a Vestiges of the Natural History of Creation 1844 -ben megjelent válaszai is bizonyították , az evolúciós biológia legvitatottabb aspektusa az emberi evolúció következménye, hogy az embereknek közös őseik vannak a majmokkal, és hogy az emberiség mentális és erkölcsi képességei ugyanazok a természetes okok, mint az állatok más öröklött tulajdonságai. Néhány országban, különösen az Egyesült Államokban, ezek a feszültségek a tudomány és a vallás között táplálják a jelenlegi teremtés -evolúció vitát, egy vallási konfliktust, amely a politikára és a közoktatásra összpontosít . Míg más tudományos területek, mint például a kozmológia és a földtudomány is ellentmondanak sok vallási szöveg szó szerinti értelmezésének , az evolúciós biológia lényegesen nagyobb ellenállást tapasztal a vallási irodalmárok részéről.

Az amerikai középiskolai biológiaórákon az evolúció tanítása nem volt gyakori a 20. század első felében. Az 1925-ös Scopes Trial határozat miatt a téma nagyon ritkán fordul elő az amerikai másodlagos biológia tankönyvekben egy generáció számára, de később fokozatosan újra bevezetésre került, és az 1968-as Epperson kontra Arkansas határozattal jogilag védetté vált . Azóta a versengő vallási meggyőződés kreacionizmus jogilag tiltva a középiskolai tantervek különböző döntéseket az 1970-es és 1980-as, de vissza áltudományos formában intelligens tervezés (ID), hogy egyszer ki kell zárni a 2005-ös Kitzmiller v. Dover Környéki iskolakörzet ügye. A Darwin elképzeléseiről folyó vita nem váltott ki jelentős vitákat Kínában.

Lásd még

Hivatkozások

Bibliográfia

További irodalom

Bevezető olvasmány

Haladó olvasás

Külső linkek

Hallgassa meg ezt a cikket ( 34 perc )
Kimondott Wikipédia ikon
Ez a hangfájl e cikk 2005. április 18 -i felülvizsgálatából jött létre , és nem tükrözi a későbbi szerkesztéseket. ( 2005-04-18 )

Általános információ

Kísérletek

Online előadások