EWOLUCJAPrzewodnikZnajdziesz tutaj zbiór wyjaśnień i wskazówek dotyczących treści i ilustracji

zawartych w naszym Przewodniku graficznym po ewolucji. Teksty te będą stopniowo

uzupełniane i rozszerzane. W razie jakichkolwiek pytań co do ich treści czy zawartości

samego przewodnika pisz śmiało: szymek.drobniak@uj.edu.pl.

Dr Szymon Drobniak, Instytut Nauk o Środowisku

Tomasz Kowalczyk, Instytut Botaniki UJ

Gdzie szukać ewolucji?Literatura dotycząca ewolucji biologicznej jest

bardzo bogata, jest to jedna z najprężniejszych

dziedzin nauk biologicznych. Na polskim rynku

wydawniczym dostępne są zarówno pozycje

bardzije specjalistyczne jak i literatura popular-

no-naukowa, będąca doskonałą lekturą nie

tylko dla nauczycieli i osób oczytanych

z tematem ale także uczniów. Poniższe pozycje

stanowią czysto subiektywną listę i zostały

wymienione są w porządku przypadkowym,

z całą pewnością nie w kolejności ich preferencji

lub jakości! Lista będzie rozbudowywana!

Pozycje trudniejsze i akademickie

∙ D.J. Futuyma “Ewolucja”

∙ H. Krzanowska, A. Łomnicki, J. Rafiński, H. Szarski,

J.M. Szymura “Zarys mechanizmów ewolucji”

∙ A. Łomnicki ”Ekologia ewolucyjna”

∙ P.E. Solomon, L. Berg, D. Martin “Biologia”

∙ C.J. Krebs “Ekologia”

∙ J. Weiner “Życie i ewolucja biosfery”

∙ N.Davies, J.R.Krebs, S.A.West “Wstęp do ekologii

behawioralnej”

Pozycje popularnonaukowe

∙ M. Ryszkiewicz “Ziemia i życie. Rozważania o

ewolucji i ekologii”

∙ M. Ryszkiewicz “Pożegnanie z Afryką. 4 miliony

lat ewolucji człowieka”

∙ M. Ryszkiewicz “4 miliardy lat. Eseje o ewolucji”

∙ M. Ryszkiewicz “Okruchy ewolucji. Tajemnice

historii naturalnej”

∙ R. Dawkins “Samolubny gen”

∙ R. Dawkins “Ślepy zegarmistrz”

∙ R. Dawkins “Rzeka genów”

∙ R. Dawkins “Najwspanialsze widowisko świata”

∙ G.C. Williams “Światełko mydliczki”

∙ F. de Waal “Małpa w każdym z nas”

∙ F. de Waal “Bonobo i ateista”

∙ T. Goldschmidt “Wymarzone jezioro Darwina”

∙ R. Baker “Wojny plemników”

∙ M. Ridley “Czerwona Królowa”

∙ N. Lane “Cząsteczka, która stworzyła świat”

∙ N. Lane “Największe wynalazki ewolucji”

∙ M.Zuk “Seks na sześciu nogach. Kto bzyka w

trawie?”

∙ M.Ridley “O pochodzeniu cnoty”

∙ (praca zbiorowa) “Ewolucja życia i ewolucja

wszechwiata”

∙ D.M.Buss “Ewolucja pożądania. Jak ludzie

dobierają się w pary?”

Kształt zmienności [8-9]Wykres rozkładu

Czerwony wykres przedstawiający tzw. rozkład

normalny - albo rozkład Gaussa - to nic innego

jak zwykły wykres, na którym na osi poziomej -

czyli osi x - znajdują się wszystkie zmierzone

kategorie pomiarowe, a na pionowej osi y liczba

osobników/obiektów/pomiarów należących do

danej kategorii pomiarowej. W naszej książce

kategorie zostały opisane dość ogólnie

i opisowo jako “niskie” czy “bardzo wysokie”.

Mogą to jednak być - i w nauce często są - konk-

retne liczby. Np. osobniki o wzroście w zakresie

od 1 do 2 cm, od 2 do 3 cm, itd.

Własny histogram

O tym, że zmienność naprawdę ma kształt

dzwonu najłatwiej się przekonać wykonując jej

prosty “wykres”. Do jego sporządzenia potrze-

bne nam będzie kilka, np. 5, cylindrów miaro-

wych (mogą to być laboratoryjne menzurki lub

np. wąskie, cylindryczne lub prostopadłości-

enne wazoniki), worek czerwonej fasoli, waga

ważąca ciężaro około 1 grama.

Każdą fasolę ważymy i zapisujemy ich wagę.

Ziarno takiej fasoli waży przeciętnie około 0.8

grama. Podzielmy je więc na 5 (lub tyle ile mamy

cylindrów) przedziałów. Np. (i) ziarna lżejsze niż

0.5 g; (ii) ziarna w zakresie 0.5 - 0.7 g; (iii) ziarna

w zakresie 0.7 - 0.9 g; (iv) ziarna w zakresie 0.9 -

1.1 g; (v) nasiona cięższe od 1.1 g. Każde

nasiono wrzucamy do cylindra przypisanego do

danego przedziału wagowego. Jeśli cylindry

ustawione są w kolejności rosnącej, zobaczymy

jak tworzą się w nich słupki nasion o wysokości

rosnącej ku środkowemu cylindrowi - w końcu

ziaren przeciętnych jest najwięcej. Oczywiście

mając więcej cylindrów możemy podzielić wagi

ziaren na więcej kategorii - nasz “wykres”

rozkładu będzie wtedy dokładniejszy.

Co jeśli nie mamy tak dokładnej wagi? Możemy

użyć dwolnego produktu, który można zważyć

na naszej kuchennej wadze. Musimy tylko znać

jego “przeciętną” wagę i ustawić ją jako środek

przedziału odpowiadającego środkowemu

cylindrowi.

Niewidzialna zmienność [10-11]Co biolodzy widzieli w przyrodzie?

O tym, że przyroda pełna jest zmienności

i osobniki nawet tego samego gatunku nie są

całkiem identyczne - wiemy wszyscy. Oczywiś-

cie zmienność międzygatunkowa i ta obser-

wowana pomiędzy wyższymi jednostkami

taksonomicznymi (rodzajami, rodzinami,

rzędami, itd.) jest widoczna gołym okiem.

Malina różni się od jeżyny, róża od stokrotki a

stokrotka na pewno różni się od zielonego mchu

czy kudłatej myszy.

Obserwowanie zmienności wewątrzgatun-

kowej jest trochę bardziej wyrafinowane: trzeba

chwycić za linijkę i schylić się. Wtedy, buszując w

trawie za stokrotkami zobaczymy, że są stokrot-

ki wysokie i niskie, o dłuższych i krótszych

płatkach. Podobnie np. myszy - będą szybsze

i wolniejsze, odważniejsze i te bardziej płochli-

we. Mimo tej całej zmienności widocznej gołym

okiem - biologom jednak zawsze wydawało się,

że jest jej za mało. Prawdziwą rewolucję przyni-

osły analizy genetyczne.

Czego oko nie widzi... to jest w genach

Naszych genów nie widzimy, przynajmniej nie

bezpośrednio. Oczywiście często widzimy

efekty ich działania - np. oczy zielone lub

niebieskie, włosy czarne lub blond, twarz

owalną lub kwadratową. Czy to cała zmienność,

jaka kryje się w genach? Nie! gdy naukowcy

zaczęli badać geny bezpośrednio, nowymi

metodami, okazało się, że mają one znacznie

więcej wariantów niż zewnętrzne cechy, którymi

one zawiadują. Ba! Okazało się, że wiele genów

nie jest widocznych “na zewnątrz” bo kodują

one enzymy i inne substancje działające poza

zasięgiem “gołego oka”, np. głęboko w komórk-

ach. Narzędzia biologii molekularnej takie jak

PCR oraz techniki oddzielania od siebie różnych

rodzajów i wersji genów sprawiły, że odkryliśmy

zupełnie nowe pokłady zmienności - niewi-

docznej na pierwszy rzut oka.

Mimo, że niewidzialna - taka zmienność może

jednak mieć niebagatelny wpływ na ewolucję!

Niewidzialne warianty mogą różnie sobie radzić

w procesie ewolucji - a sama niewidzialna

zmienność może stanowić rezerwuar

i “przechowalnię” zmienności, która może

odegrać rolę nawet jeśli w danej chwili ewolucja

na nią nie działa.

Gęste sito doboru [12-13]Dobór naturalny jako sito

Wyobraź sobie plastikowy lejek z wylotem

o średnicy 1.5 cm. Jeśli do takiego lejka wsypie-

my szklane kuli o średnicy 1 cm (•) - wszystkie

przelecą przez taki lejek i nie zaobserwujemy

żadnej “ewolucji” - kulki pod lejkiem będą miały

średnia taką samą średnicę (1 cm).

Jeśli wsypiemy do lejka mieszaninę kulek

o średnicy 1 cm i 2 cm (••) - pod lejkiem

znajdziemy tylko kulki o średnicy 1 cm. Zauważ,

że dzieje się tak mimo, że średnia wielkość

mieszaniny kulek to 1.5 cm (czyli (1+2)/2) -

a więc odpowiada ona dokładnie “sile” doboru

symbolizowanego przez lejek. Ewolucja (zmiana

średniej wielkości kulek z 1.5 cm na 1 cm) zach-

odzi więc nie tylko dzięki obecności doboru, ale

także dzięki zmienności średnicy kulek. Gdyby w

lejku znalazły się  kulki mające śednicę

wyłącznie 1.5 cm - wszystkie przeleciałyby

przez niego, i ewolucji byśmy nie zaobserwowa-

li. Co w takim razie oznaczałby wynik tego

prostego eksperymentu po wsypaniu do lejka

kulek o średnicy 2 cm (•••)? Wszystkie one

zatrzymują się w lejku - pod nim nie znajdziemy

niczego. Również w tym przypadku trudno

mówić o ewolucji - gatunek, jakim są nasze

kulki, został przez dobór zupełnie wyeliminowa-

ny i wymarł.

Dobór doborowi nierówny

W przykładzie, jakiego użyliśmy powyżej dobór

(czyli lejek) działał na rozmiar szklanych kulek.

Gdyby kulki różniły się nie tylko rozmiarem ale

i kolorem - czy także moglibyśmy obserwować

ewolucję? Nie ponieważ wylot lejka selekcjonuje

kulki tylko pod względem wielkości a nie koloru.

Innymi słowy - w naszym przykładzie dobór

działa tylko na jedną cechę (wielkość), inne -

nawet jeśli jest w nich zmiennośc nie ulegają

mu.

Wielkość kulek “przed”

średnia

średnia

gatunek wymarł

średnia

średnia

średnia

0 1 2 3

Wielkość kulek “po”

0 1 2 3

Wielkość kulek “przed”

0 1 2 3

Wielkość kulek “po”

0 1 2 3

Wielkość kulek “przed”

0 1 2 3

Wielkość kulek “po”

0 1 2 3

•

••

•••

Czym dobór nie jest? [14-15]Czy teoria ewolucji jest jedna?

Karol Darwin nie był pionierem jeśli chodzi

o myśl ewolucyjną - idea stopniowego zmienia-

nia się organizmów i przechodzenia ich form

z jednych w drugie jest w przyrodzie zbyt dobrze

widoczna by dopiero Darwin to zjawisko

zauważył. Przed Darwinem istniało kilka “teorii”

tłumaczących jak takie zmiany zachodzą -

najbardziej chyba wpływową stała się hioteza

Jean Baptiste Lamarcka, francuskiego przyrod-

nika, żołnierza i naukowca.

Lamarck postulował istnienie sił w przyrodzie,

które doprowadzją do zmian w budowie organ-

izmów, pomagającej radzić im sobie z nieko-

rzystnymi warunkami i adaptować się do

nowych warunków środowiskowych. Taka siła

sprawia np., że przordkowie żyrafy stopniowo

wydłużali swoją szyję, sięgając do coraz wyżej

położonych źródeł pokarmu - a ptaki, które

zilustrowane są w Przewodniku, stopniowo

wydłużają swój dziób w ustawicznym wysiłku

dążącym do sięgnięcia do źródła pożywienia,

jakim jest nektar znajdujący się na dnie

wydłużającego się kwiatu. Istotnym elementem

tego procesu jest tzw. dziedziczenie cech naby-

tych - potomstwo osobników, które wydłuzyły

swoją szyję lub dziób dziedziczy tą zmianę, więc

ewolucje nie musi zaczynać za każdym razem

od nowa.

Podstawową różnicą hipotezy Lamarcka oraz

teorii doboru naturalnego jest rola zmienności

w procesie ewolucji. Lamarckizm nie wymaga

zmienności - nawet w przypadku gdy osobniki

są identyczne, ich “dążenie” do zmiany stanie

się siłą napędową ewolucji. Analogiczny proces

u Darwina nie istnieje. Ewolucja - np. długości

dzioba - odbywa się dzięki temu, że w populacji

istnieje zmienność tej długości. Osobniki nie

wydłużają swojego dzioba - po prostu te

z minimalnie dłuższym dziobem przeżywają

i wydają więcej potmostwa, te z krótszym

dziobem wymierają (czerwone krzyżyki

w Przewodniku).

Lamarckizm dziś?

Jest oczywistym, że teoria Lamarcka nie jest

obecnie traktowana jako naukowo potwierdzo-

na. Ogrom dowodów przemawia za ewolucją

drogą doboru naturalnego. Wiemy też, że tkanki

wyższych organizmów nie mają kontaktu z tzw.

linią płciową, z której powstają komórki jajowe i

plemniki - tak więc dziedziczenie cech nabytych

na poziomie genetycznym nie jest możliwe.

Niemniej jednak ostatnie odkrycia wskazują na

istnienie mechanizmów przypominających

takie procesy. Np. bakterie posiadają system

odpornościowy zwany jako CRISP/Cas. System

ten przechowuje w genomie bakterii fragmenty

DNA wirusów, z którymi bakterie miały

styczność - innymi słowy komórki potomne

“dziedziczą” nabyte przez komórki rodzicielskie

sekwencje wspomagające obronę antywiru-

sową.